FR2893356A1 - Dispositif de lubrification pour paliers d'axe de turbocompresseur et moteur a combustion interne comprenant un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de lubrification d'un turbocompresseur (10) qui comprend un canal d'alimentation (30) en lubrifiant du turbocompresseur et un canal d'évacuation (40) du lubrifiant en phases liquide et gazeuse qui débouche dans un puisard.Selon l'invention, le dispositif comporte un canal de dérivation (50) piqué sur le canal d'évacuation en amont du puisard, destiné à l'évacuation d'au moins une partie de la phase gazeuse du lubrifiant.
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention
concerne de manière générale la lubrification d'un turbocompresseur d'un moteur à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de lubrification d'un turbocompresseur qui comprend un canal d'alimentation en lubrifiant du turbocompresseur et un canal d'évacuation du lubrifiant en phases liquide et gazeuse qui débouche dans un puisard. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation d'un moteur suralimenté de type Diesel.
Elle concerne également un moteur à combustion interne comprenant un turbocompresseur et un tel dispositif de lubrification. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les turbocompresseurs comprennent généralement deux roues à pales disposées dans des conduits d'air séparés et montées aux deux extrémités d'un arbre commun. Ces deux conduits d'air sont séparés de manière étanche par des joints d'étanchéité montés sur l'arbre commun. L'une des deux roues, appelée turbine, est entraînée en rotation par les gaz d'échappement du moteur qui circulent dans un des conduits d'air, ce qui provoque la rotation de l'arbre commun, et par conséquent celle de l'autre des deux roues, appelée compresseur. Ce compresseur, en tournant, inspire alors de l'air frais dans l'atmosphère et le comprime pour l'injecter sous pression dans la chambre de combustion du moteur. L'arbre commun liant les deux roues est en général soutenu et guidé en rotation par deux paliers lisses. Ces deux paliers lisses, soumis à de fortes contraintes thermiques et mécaniques, sont lubrifiés en continu par un dispositif de lubrification. Ce dispositif permet d'injecter, par le canal d'alimentation, de l'huile sous pression sur les deux paliers lisses et de récupérer, dans le canal d'évacuation, l'huile qui s'écoule des paliers lisses.
L'arbre commun et les paliers lisses étant soumis à de très fortes températures, une partie de l'huile utilisée pour lubrifier les paliers lisses s'évapore en vapeurs d'huile. En outre, une petite partie des gaz d'échappement qui entraînent en rotation la turbine s'infiltre, malgré la présence des joints d'étanchéité, dans le dispositif de lubrification du turbocompresseur. Ces gaz d'échappement et les vapeurs d'huile se mêlent alors et forment un mélange communément appelé gaz de blow-by . L'huile en phase liquide et les gaz de blow-by présentent alors un important débit volumique à évacuer, supérieur au débit volumique de l'huile circulant dans le canal d'alimentation. Afin d'évacuer rapidement ce mélange liquide-gazeux pour éviter que l'huile ne noie les paliers lisses et ne s'infiltre dans les conduits d'air, il est connu d'utiliser un canal d'évacuation de grand diamètre s'étendant quasiment verticalement (généralement avec un angle inférieur à 35 degrés par rapport à la verticale) afin de profiter pleinement des effets de la pesanteur pour évacuer l'huile. L'inconvénient principal d'un tel dispositif est que la nécessité d'utiliser un canal d'évacuation de grand diamètre et peu incliné limite les choix d'implantation du turbocompresseur par rapport au moteur et augmente l'encombrement de ce dernier.
OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau dispositif de lubrification plus compact. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un dispositif de lubrification tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu un canal de dérivation piqué sur le canal d'évacuation en amont du puisard, destiné à l'évacuation d'au moins une partie de la phase gazeuse du lubrifiant. Ainsi, grâce à l'invention, les gaz de blow-by sont évacués dans le canal de dérivation, séparément du lubrifiant en phase liquide. Le canal d'évacuation peut donc présenter, en aval du raccordement entre la canal d'évacuation et le canal de dérivation, un diamètre sensiblement égal au diamètre du canal d'alimentation et une inclinaison par rapport la verticale importante sans risque de remontée du lubrifiant jusqu'aux paliers lisses. Ces deux caractéristiques géométriques du canal d'évacuation multiplient par conséquent les choix d'implantation du turbocompresseur sur le moteur ; le turbocompresseur peut en particulier être disposé plus bas par rapport au moteur. Selon une première caractéristique avantageuse du dispositif selon l'invention, le raccordement entre le canal d'évacuation et le canal de dérivation est situé à proximité du turbocompresseur.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif de lubrification comporte un système de décantation spécifique relié en sortie au puisard et dans lequel débouche en entrée le canal de dérivation. Ainsi, n'est injecté dans le puisard que de l'huile en phase liquide afin 5 d'éviter d'augmenter la pression dans le puisard, ce qui serait néfaste au bon fonctionnement du moteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de lubrification selon l'invention sont les suivantes : - le canal de dérivation s'étend horizontalement au moins à proximité du 10 raccordement entre le canal d'évacuation et le canal de dérivation ; - au moins une partie du canal d'évacuation, située en amont du raccordement entre le canal d'évacuation et le canal de dérivation, s'étend selon une direction formant un angle inférieur à 35 degrés avec la verticale ; - au moins une partie du canal d'évacuation, qui s'étend en aval du 15 raccordement entre le canal d'évacuation et le canal de dérivation, suit une direction formant un angle supérieur à 35 degrés avec la verticale ; et - le canal d'évacuation comporte, en aval du raccordement entre le canal d'évacuation et le canal de dérivation, une section sensiblement égale à celle du canal d'alimentation. 20 L'invention concerne également un moteur à combustion interne qui comprend un turbocompresseur ainsi qu'un tel dispositif de lubrification. Avantageusement, le moteur à combustion interne comporte un carter moteur constituant le puisard. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur à combustion 25 interne comporte une pompe à huile reliée en entrée au puisard et en sortie au canal d'alimentation. Ainsi, le carter moteur sert de réservoir d'huile et de puisard au dispositif de lubrification du turbocompresseur, ce qui non seulement simplifie l'architecture du moteur mais aussi permet de réaliser un circuit fermé d'huile. 30 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés : - la figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un moteur à combustion interne selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un turbocompresseur du moteur à combustion interne de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en coupe selon le plan A-A de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à combustion interne 1 qui comprend une chambre de combustion 61, ici à quatre cylindres 61A, lubrifiée par de l'huile présente dans un carter moteur 62.
En amont de la chambre de combustion 61, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'admission d'air 21A, 21B qui prélève directement l'air frais dans l'atmosphère et le compresse au moyen d'un turbocompresseur 10. En aval du turbocompresseur 10, cette ligne d'admission d'air débouche par un répartiteur d'air dans la chambre de combustion 61.
En aval de la chambre de combustion 61, le moteur à combustion interne 1 comporte un collecteur de gaz brûlés débouchant dans une ligne d'échappement 20A, 20B qui détend les gaz brûlés au moyen du turbocompresseur 10 et qui s'étend jusqu'à un pot catalytique débouchant dans l'atmosphère.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 2 et 3, le turbocompresseur 10 comprend un carter 10A qui forme trois zones distinctes. Dans une première zone centrale, le carter 10A possède un alésage cylindrique accueillant un arbre 12 fileté à chacune de ses extrémités. Cet arbre 12 est supporté et guidé en rotation par deux paliers lisses 13 qui sont séparés axialement et qui viennent ici de formation avec le carter 10A du turbocompresseur 10. L'arbre 12 présente à proximité de chacune de ses extrémités une collerette 12A (l'une d'elle, afin de faciliter le montage de l'arbre 12 dans le carter 10A, peut être formée par un circlip engagé dans une rainure réalisée dans l'arbre 12). Par ailleurs, lorsqu'il est positionné dans l'alésage cylindrique du carter 10A, l'arbre 12 fait saillie de part et d'autre de cet alésage. Afin de séparer de manière étanche la première zone centrale des deux autre zones d'extrémité du carter 10A, l'alésage cylindrique comprend à chacune de ses extrémités deux rainures annulaires accueillant chacune un joint torique 16.
Dans une deuxième zone d'extrémité disposée d'un côté de la première zone centrale, le carter 10A forme une chambre de détente qui accueille une roue à pales communément appelée turbine 15. Cette turbine 15 présente un alésage central engagé sur l'une des extrémités de l'arbre 12. La turbine 15 est solidarisée à cet arbre 12 au moyen d'un écrou 12B vissé sur le filetage de l'arbre 12 pour serrer la turbine 15 contre l'une des collerettes 12A de l'arbre 12. La chambre de détente formée par le carter 10A comprend également un conduit d'entrée 20A de gaz brûlés qui est disposé à la périphérie des pales de la turbine 15 et qui communique avec un conduit de sortie 20B de gaz brûlés, disposé dans l'axe de l'arbre 12. Ces deux conduits 20A, 20B appartiennent à la ligne d'échappement du moteur à combustion interne 1. Les gaz brûlés passent du conduit d'entrée au conduit de sortie en faisant pression sur les pales de la turbine 15. La pression qu'ils exercent sur les pales fait tourner la turbine 15 ainsi que l'arbre 12 auquel elle est accouplée.
Dans une troisième zone d'extrémité disposée de l'autre côté de la première zone centrale, le carter 10A forme une chambre de compression qui accueille une roue à pales communément appelée compresseur 14. Ce compresseur 14 présente un alésage central engagé sur l'autre extrémité de l'arbre 12. Le compresseur 14 est solidarisé à cet arbre 12 au moyen d'un écrou 12B vissé sur le filetage de l'arbre 12 pour serrer le compresseur 14 contre l'autre collerette 12A de l'arbre 12. La chambre de compression formée par le carter 10A comprend également un conduit d'entrée 21A d'air frais qui est disposé dans l'axe de l'arbre 12 et qui communique avec un conduit de sortie 20B de gaz brûlés, disposé à la périphérie des pales du compresseur 14. Ces deux conduits 21A, 21B appartiennent à la ligne d'admission du moteur à combustion interne 1. L'air frais est inspiré par les pales du compresseur 14 qui est entraîné en rotation par la turbine 15. L'air frais prélevé dans l'atmosphère est ainsi compressé par le compresseur 14 avant d'être admis dans la chambre de combustion 61 du moteur à combustion interne 1. Afin de limiter les frottements et l'échauffement de l'arbre 12 lorsqu'il tourne dans les paliers lisses 13, le moteur à combustion interne 1 comprend un dispositif de lubrification du turbocompresseur 10.
Comme le montre la figure 1, pour réaliser cette lubrification, le dispositif de lubrification utilise un lubrifiant, ici de l'huile, qu'il prélève dans un puisard, ici le carter moteur 62 du moteur à combustion interne 1. Plus précisément, le dispositif de lubrification comporte un canal d'alimentation 30 en lubrifiant présentant un diamètre d'environ 6 millimètres. Le moteur à combustion interne 1 comporte une pompe à huile 70 qui prélève de l'huile chaude dans le carter moteur 62 et l'injecte sous pression dans le canal d'alimentation 30. Comme le montrent plus précisément les figures 2 et 3, ce canal d'alimentation 30 débouche dans une chambre de lubrification 11A. Cette chambre de lubrification 11A est contiguë aux paliers lisses 13 et comporte des canaux qui traversent les paliers lisses 13 et qui débouchent sur l'arbre 12. Par ailleurs, les paliers lisses 13 sont également percés, sous l'arbre 12, de canaux débouchant dans une chambre d'évacuation d'huile 11B. Le dispositif de lubrification comporte un canal d'évacuation 40 d'huile qui s'étend depuis la chambre d'évacuation d'huile 11B jusqu'au carter moteur 62 du moteur à combustion interne 1. Ce canal d'évacuation 40 d'huile comprend une partie creusée dans le carter 10A du turbocompresseur 10 et, dans la prolongation, une partie rapportée sous le turbocompresseur 10. Cette partie rapportée est liée de manière étanche au turbocompresseur 10 au moyen d'une bride 41 fixée sur ce dernier par des boulons 42 vissés dans des alésages taraudés prévus sous le turbocompresseur 10. Le canal d'évacuation 40 débouche dans le carter moteur 62 au-dessus 25 du niveau d'huile, si bien que l'huile peut s'écouler librement dans le carter moteur 62. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif de lubrification comporte un canal de dérivation 50 piqué sur le canal d'évacuation 40 en amont du carter moteur 62. Le raccordement entre le canal 30 d'évacuation 40 et le canal de dérivation 50 est situé à proximité de la bride 41 du turbocompresseur 10. Le canal de dérivation 50 débouche dans un système de décantation spécifique 51 adapté à condenser les différentes vapeurs circulant dans ce canal de dérivation 50. Ce système de décantation spécifique 51 est lié en sortie au carter moteur 62 du moteur à combustion interne 1 par un canal d'écoulement 52 qui débouche au-dessus du niveau d'huile du carter moteur 62 de sorte que les vapeurs condensées peuvent s'écouler librement dans le carter moteur 62.
Avantageusement, le canal de dérivation 50 s'étend horizontalement du canal d'évacuation 40 jusqu'au système de décantation spécifique 51 si bien que l'huile en phase gazeuse s'échappe par le canal de dérivation 50 alors que l'huile en phase liquide s'écoule par gravité dans le canal d'évacuation 40 jusqu'au carter moteur 62.
Le canal d'évacuation 40 d'huile s'étend quant à lui verticalement entre la bride 41 du turbocompresseur 10 et le point de raccordement du canal de dérivation 50 avec le canal d'évacuation 40. Il présente par ailleurs, en aval de ce point de raccordement, un coude au-delà duquel il s'étend selon une direction formant avec la verticale un angle d'environ 40 degrés.
Le canal d'évacuation 40 d'huile, en amont du point de raccordement, présente un diamètre d'environ 13 millimètres, et, en aval de ce point de raccordement, un diamètre d'environ 6 millimètres. Le canal de dérivation présente quant à lui un diamètre d'environ 10 millimètres.
Bien entendu selon une variante de réalisation du dispositif de lubrification selon l'invention, la partie du canal d'évacuation 40 en amont du point de raccordement peut s'étendre selon une direction présentant un angle avec la verticale n'excédant pas 35 degrés et la partie du canal d'évacuation 40 en aval de ce point de raccordement peut s'étendre selon une direction formant avec la verticale un angle supérieur à 35 degrés.
Lorsque le moteur à combustion interne 1 fonctionne, les gaz brûlés s'échappent de la chambre de combustion 61 et sont conduits jusqu'au pot catalytique du moteur en passant au préalable par la turbine 15 du turbocompresseur 10. Ces gaz brûlés font ainsi tourner la turbine 15 et par conséquent l'arbre 12 et le compresseur 14.
L'air prélevé dans l'atmosphère est alors compressé par le compresseur 14 avant d'être injecté dans la chambre de combustion 61 du moteur à combustion interne 1.
La pompe à huile 70, dont le fonctionnement est lié à celui du moteur à combustion interne 1, prélève simultanément de l'huile dans le carter moteur 62 et l'injecte, par l'intermédiaire du canal d'alimentation 30, entre les paliers lisses 13 du turbocompresseur 10 et l'arbre 12. La rotation de l'arbre 12 sur les paliers lisses 13 du turbocompresseur 10 provoquant de forts échauffements, une partie de l'huile s'évapore. L'huile comprise dans la chambre d'évacuation 11B est donc en phase liquide et gazeuse. Elle s'évacue par le canal d'évacuation 40 sous l'effet de la pesanteur et des différences de pression entre la chambre d'évacuation 11B et le carter moteur 62. Les deux phases de l'huile, afin d'éviter tout problème d'écoulement, sont ensuite séparées, la phase liquide de l'huile s'écoulant dans le canal d'évacuation 40 jusqu'au carter moteur 62 et la phase gazeuse s'échappant par le canal de dérivation 50. Cette huile en phase gazeuse est alors condensée dans le système de décantation spécifique 51 avant d'être elle aussi reversée en phase liquide dans le carter d'huile du moteur à combustion interne 1. Le dispositif de lubrification du turbocompresseur 10 fonctionne par conséquent en circuit fermé. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
Claims (11)
1. Dispositif de lubrification d'un turbocompresseur (10) qui comprend un canal d'alimentation (30) en lubrifiant du turbocompresseur (10) et un canal d'évacuation (40) du lubrifiant en phases liquide et gazeuse qui débouche dans un puisard (62), caractérisé en ce qu'il comporte un canal de dérivation (50) piqué sur le canal d'évacuation (40) en amont du puisard (62), destiné à l'évacuation d'au moins une partie de la phase gazeuse du lubrifiant.
2. Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccordement entre le canal d'évacuation (40) et le canal de dérivation (50) est situé à proximité du turbocompresseur (10).
3. Dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un système de décantation spécifique (51) dans lequel débouche le canal de dérivation (50).
4. Dispositif de lubrification selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de décantation spécifique (51) est relié en sortie au puisard (62).
5. Dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal de dérivation (50) s'étend horizontalement au moins à proximité du raccordement entre le canal d'évacuation (40) et le canal de dérivation (50).
6. Dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie du canal d'évacuation (40), située en amont du raccordement entre le canal d'évacuation (40) et le canal de dérivation (50), s'étend selon une direction formant un angle inférieur à 35 degrés avec la verticale.
7. Dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie du canal d'évacuation (40), qui s'étend en aval du raccordement entre le canal d'évacuation (40) et le canal de dérivation (50), suit une direction formant un angle supérieur à 35 degrés avec la verticale.
8. Dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le canal d'évacuation (40) comporte, en aval du raccordement entre le canal d'évacuation (40) et le canal de dérivation (50), une section sensiblement égale à celle du canal d'alimentation (30).
9. Moteur à combustion interne comprenant au moins un turbocompresseur (10) et un dispositif de lubrification selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Moteur à combustion interne selon la revendication 9, caractérisé en ce 5 qu'il comporte un carter moteur (62) formant le puisard du dispositif de lubrification.
11. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe à huile (70) reliée en entrée au puisard (62) et en sortie au canal d'alimentation (30). 10
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Legal Events
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Effective date: 20180731 |