FR2906567A1 - Turbocompresseur comprenant un rouet double pourvu d'un palier a air - Google Patents

Turbocompresseur comprenant un rouet double pourvu d'un palier a air Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un turbocompresseur incluant un rouet double pourvu d'un palier à air.Le turbocompresseur comprend un carter (1) renfermant un rouet (4) portant une série d'aubages de turbine (6) et une série d'aubages de compresseur (7), situés de part et d'autre d'un plan médian (PM) normal à un axe de rotation (AX) de ce rouet (4). Le rouet est porté par le carter (1) au moyen d'un palier à air (16, 17) entourant une série d'aubages (6, 7).L'invention s'applique à la réduction des coûts de fabrication.

Description

1 Turbocompresseur comprenant un rouet double pourvu d'un palier à air
. L'invention concerne un turbocompresseur destiné à 5 équiper par exemple un moteur thermique de véhicule automobile, de type essence ou diesel. Les turbocompresseurs utilisés par la majorité des constructeurs automobile sont basés sur une architecture en deux parties quasiment symétriques : une turbine 10 alimentée par des gaz d'échappement d'un côté et un compresseur qui alimente l'admission en air comprimé. Ces deux parties sont séparées l'une de l'autre par un palier lubrifié alimenté en continu par un circuit d'huile. Cette architecture nécessite de prévoir une 15 alimentation en huile pour le palier, cette alimentation devant avoir un débit élevé, l'huile risquant de plus d'être dégradée compte tenu des températures de fonctionnement qui sont très élevées. D'autre part, cette architecture présente un encombrement relativement 20 important. Certains constructeurs ont proposé d'utiliser un roulement à billes pour remplacer le palier lubrifié, ce qui permet de résoudre les questions liées à la lubrification. Cependant, le régime de rotation d'un 25 turbocompresseur est à la limite des capacités des meilleurs roulements à bille. Il s'ensuit que cette solution n'est pas satisfaisante car le roulement à bille a un encombrement supérieur à celui du palier lubrifié, et un coût de revient trop élevé. 30 Le but de l'invention est de proposer une architecture de turbocompresseur ayant un faible encombrement, qui soit simple à intégrer et qui présente un faible coût de revient. A cet effet, l'invention a pour objet un 35 turbocompresseur comprenant un carter renfermant un rouet portant une série d'aubages de turbine et une série d'aubages de compresseur, ces séries étant situées de 2906567 2 part et d'autre d'un plan médian normal à un axe de rotation de ce rouet, et dans lequel ce rouet est porté par le carter au moyen d'un palier à air entourant une série d'aubages.
L'invention concerne également un turbocompresseur tel que défini ci-dessus, dans lequel le palier à air comprend une paroi rigidement solidaire du rouet et définissant une surface portante entourant une série d'aubages, et un siège sous forme d'une surface porteuse complémentaire portée par le carter. L'invention concerne également un turbocompresseur tel que défini ci-dessus, dans lequel la série d'aubages de turbine est agencée pour admettre des gaz radialement et les évacuer axialement, dans lequel la série d'aubages de compression est agencée pour admettre de l'air axialement et l'évacuer radialement, et dans lequel la surface portante est une surface de révolution agencée pour assurer un guidage en rotation du rouet et un appui axial.
L'invention concerne également un turbocompresseur tel que défini ci-dessus, dans lequel la surface portante et la surface porteuse ont chacune une forme généralement évasée en direction du plan médian séparant les deux séries d'aubages.
L'invention concerne également un turbocompresseur tel que défini ci-dessus, dans lequel le carter comprend un premier demi-carter incluant une volute entourant les aubages de turbine pour acheminer les gaz et une conduite axiale pour évacuer les gaz, et un second demi-carter incluant une conduite axiale pour acheminer l'air, ainsi qu'une volute entourant les aubages de compression pour collecter l'air compressé, le rouet étant emprisonné entre les deux demi-carter. L'invention concerne également un turbocompresseur tel que défini ci-dessus, dans lequel la surface portante a un diamètre minimal supérieur à deux tiers du diamètre extérieur du rouet.
2906567 3 L'invention concerne également un turbocompresseur tel que défini ci-dessus, dans lequel à l'état non monté, la forme d'un demi-carter est obtenue, par symétrie par rapport à un plan parallèle à l'axe de rotation du rouet, 5 à partir de la forme de l'autre demi-carter. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un turbocompresseur selon l'invention ; 10 La figure 2 est une vue en perspective du rouet double du turbocompresseur selon l'invention ; La figure 3 est une vue latérale du rouet double du turbocompresseur selon l'invention ; La figure 4 est une vue du turbocompresseur selon 15 l'invention dans un plan de coupe comprenant l'axe de rotation du rouet. L'invention est un turbocompresseur très compact qui est représenté en figure 1. Il comprend un carter 1 formé d'un demi-carter de turbine 2 et d'un demi-carter 20 de compression 3 accolés l'un à l'autre au niveau d'un plan médian et entre lesquels est emprisonné un rouet double 4 représenté seul dans les figures 2 et 3. Le rouet double 4 comprend une série d'aubages de turbine, repérés par 6 et qui sont engagés dans le demicarter de turbine 2 lorsque le turbocompresseur est assemblé, et une série d'aubages de compression, repérés par 7 qui sont engagés dans le demi-carter de compression 3 lorsque l'ensemble est monté. Les séries d'aubages 6 et 7 sont situées de part et 30 d'autre du plan médian qui est normal à l'axe AX de rotation du rouet, elles comprennent des aubes se présentant sous forme de surfaces gauches chacune étant orientée selon une direction générale oblique par rapport à l'axe AX. Les aubages 6 et 7 sont orientés selon des 35 pas opposés. Le demi-carter de turbine 2 comprend une entrée de gaz 8 destinée à recevoir des gaz d'échappement prolongée 2906567 4 par une volute 9 entourant le rouet 4, et il comprend une sortie de gaz 11 qui est orientée axialement, c'est-à-dire selon la direction AX. Le demi-carter de compression 3 comprend une entrée 5 12 orientée axialement et une volute 13 de collecte de l'air comprimé, non visible, se terminant par une sortie d'air 14. Le rouet 4 est porté dans le carter 1 par un palier à air comprenant d'une part une surface portante 16 10 définie par une paroi de révolution entourant les aubages de compression 7, et d'autre part une surface porteuse 17 définie ici par une paroi du demi-carter de compression 3. La surface portante 16 a une forme générale de 15 révolution qui est évasée en direction du plan médian PM, et de même pour la surface porteuse 17 qui est simplement complémentaire de la surface portante 16. Lors de la mise en marche du moteur thermique, les gaz d'échappement arrivent dans l'entrée 8, de sorte que 20 la pression est plus forte du côté échappement des gaz, c'est-à-dire du côté de la sortie 11, que du côté admission d'air, c'est-à-dire du côté de l'entrée 12. Par conséquent les gaz tendent à plaquer le rouet 4 sur le palier à air formé par les surfaces 16 et 17, alors que 25 la turbine entraîne en rotation le rouet 4 qui pivote ainsi dans ce palier à air. La vitesse de rotation du rouet 4 augmente ainsi progressivement, jusqu'à atteindre une valeur seuil, dite vitesse de décollage, qui est de l'ordre de quelques 30 milliers de tours par minute, et qui est atteinte en quelques secondes maximum. En fonctionnement, c'est le palier à air 16, 17 qui assure le guidage en rotation du rouet 4, et les gaz d'échappement ayant une pression plus élevée que l'air du 35 circuit d'admission, ils assurent le maintient du rouet 4 contre le palier à air.
2906567 5 Plus la pression des gaz d'échappement augmente, plus le rouet 4 tourne vite et plus le palier à air peut supporter de charge, ce qui assure que le rouet 4 n'use pas les surfaces 16 et 17 de ce palier.
5 Comme visible sur les figures, la forme des surfaces 16 et 17 qui s'évase en direction du plan médian PM permet au palier qu'elles constituent d'encaisser l'effort axial de maintien qui est appliqué par les gaz d'échappement, tout en assurant un guidage en rotation du 10 rouet. Grâce à l'architecture selon l'invention, il n'est plus nécessaire de prévoir un circuit de lubrification, et la compacité générale du turbocompresseur est significativement accrue du fait qu'il n'y a pas de 15 palier entre l'étage de turbine et l'étage ce compresseur qui sont ici accolés. La suppression du circuit de lubrification est une source d'économie car elle permet de réduire la taille de la pompe à huile du moteur, et ainsi de gagner en masse 20 et en puissance de frottement. Cette économie est de l'ordre de 1% de consommation globale. Cette architecture offre également une grande résistance à la surchauffe, puisque le lubrifiant ne passe pas dans le turbocompresseur, il n'existe plus de 25 risque de dégrader l'huile. Le nombre de pièces est lui aussi significativement réduit en supprimant l'axe de liaison et le palier entre la turbine et le compresseur des architectures connues.
30 Ceci qui permet de diminuer la masse du dispositif, le coût de fabrication ainsi que le coût d'assemblage, puisque les pièces mobiles sont réduites au rouet 4 seul à emprisonner dans le carter 1. Le gain en compacité qu'apporte l'architecture 35 selon l'invention autorise l'implantation d'un turbocompresseur sur un véhicule hybride, c'est-à-dire 2906567 6 devant comprendre à la fois un moteur thermique et une machine électrique. Le rendement d'un tel dispositif est très élevé du fait qu'il intègre un palier à air qui, par définition, 5 n'introduit quasiment aucun frottement tout en étant particulièrement fiable. De plus, le palier à air permet un montage sans contact avec les pièces mobiles, ce qui réduit aussi les vibrations et les bruits de fonctionnement 10 Le choix d'une surface portante 16 du palier, qui entoure les aubages 7 confère à cette surface un diamètre important, de sorte que la vitesse relative de la surface 16 par rapport à la surface 17 est très élevée, ce qui se traduit d'une part par une augmentation de la charge 15 admissible et d'autre part par un temps de décollage réduit.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Turbocompresseur comprenant un carter (1) renfermant un rouet (4) portant une série d'aubages de turbine (6) et une série d'aubages de compresseur (7), ces séries étant situées de part et d'autre d'un plan médian (PM) normal à un axe de rotation (AX) de ce rouet (4), et dans lequel ce rouet est porté par le carter (1) au moyen d'un palier à air (16, 17) entourant une série d'aubages (6, 7).
2. Turbocompresseur selon la revendication 1, dans lequel le palier à air (16, 17) comprend une paroi rigidement solidaire du rouet (4) et définissant une surface portante (16) entourant une série d'aubages (6, 7), et un siège sous forme d'une surface porteuse (17) complémentaire portée par le carter (1).
3. Turbocompresseur selon la revendication 2, dans lequel la série d'aubages de turbine (6) est agencée pour admettre des gaz radialement et les évacuer axialement, dans lequel la série d'aubages de compression (7) est agencée pour admettre de l'air axialement et l'évacuer radialement, et dans lequel la surface portante est une surface de révolution agencée pour assurer un guidage en rotation du rouet (4) et un appui axial.
4. Turbocompresseur selon la revendication 3, dans lequel la surface portante (16) et la surface porteuse (17) ont chacune une forme généralement évasée en direction du plan médian (PM) séparant les deux séries d'aubages.
5. Turbocompresseur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le carter (1) comprend un premier demi-carter (2) incluant une volute (9) entourant les aubages de turbine (6) pour acheminer les gaz et une conduite axiale (11) pour évacuer les gaz, et un second demi-carter (3) incluant une conduite axiale (12) pour acheminer l'air, ainsi qu'une volute (13) entourant les 2906567 8 aubages de compression (7) pour collecter l'air compressé, le rouet (4) étant emprisonné entre les deux demi-carter (2, 3).
6. Turbocompresseur selon la revendication 2, dans 5 lequel la surface portante (16) a un diamètre minimal supérieur à deux tiers du diamètre extérieur du rouet (4).
7. Turbocompresseur selon la revendication 5, dans lequel à l'état non monté, la forme d'un demi-carter (3, 10 2) est obtenue, par symétrie par rapport à un plan parallèle à l'axe (AX) de rotation du rouet, à partir de la forme de l'autre demi-carter (2, 3).
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