FR2975454A1 - Palier articule et turbocompresseur de gaz d'echappement equipe d'un tel palier - Google Patents

Abstract

Palier articulé (1) comprenant une tête de palier convexe (3), une première installation de raccordement (5) pour relier une première bielle (7) à la tête de palier (3), une coupelle de palier (4) comportant une première surface de palier concave (9) recevant la tête de palier (3), et une seconde installation de raccordement (6) reliée à la coupelle de palier (4), directement ou indirectement pour une seconde bielle (8). La coupelle de palier (4) comporte une seconde surface de palier (10) recevant la tête de palier (3).

Description

i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un palier articulé comprenant : - une tête de palier convexe, - de préférence une première installation de raccordement pour relier une première bielle à la tête de palier, - une coupelle de palier comportant une première surface de palier concave recevant la tête de palier, - de préférence une seconde installation de raccordement reliée à la io coupelle de palier, directement ou indirectement pour une seconde bielle. L'invention se rapporte également à un turbocompresseur de gaz d'échappement, comprenant : - une soupape de porte d'échappement, 15 - un actionneur pour actionner la soupape de porte d'échappement, - un levier primaire sur l'actionneur, - un levier secondaire sur la soupape de porte d'échappement, - une bielle reliant le levier primaire au levier secondaire, - un palier articulé reliant le levier secondaire à la soupape de porte 20 d'échappement à la bielle. Etat de la technique On utilise des paliers articulés dans de multiples applications techniques pour réaliser des cinématiques en trois dimensions (3D). Les paliers articulés se composent d'une tête de palier convexe, 25 par exemple une tête en forme de rotule, notamment une rotule de palier montée mobile dans une coupelle. De façon générale, la tête de palier comporte une première installation de raccordement pour être reliée à une première bielle et une seconde installation de raccordement pour être reliée à une seconde bielle. La seconde installation de raccordement 30 est fixée à la coupelle. On peut ainsi relier deux bielles avec le palier articulé de manière mobile dans toutes les directions de l'espace. Les têtes d'articulation ont en général un boîtier en aluminium auquel est fixée une cage en un polymère constituant la cou-pelle. Cette coupelle en matière plastique guide une sphère (rotule). 35 Pour les applications de la tête articulée à des températures élevées al-

2 lant jusqu'à 650°C, on ne peut utiliser la tête articulée car la coupelle réalisée en un polymère ne tient pas à de telles températures. Les articulations en forme de compas sont généralement en acier résistant aux températures mais ne disposent pas de coupelle recevant une rotule. La rotule n'est appliquée contre la coupelle que suivant une ligne proche de l'équateur et elle subit ainsi de fortes contraintes surfaciques se traduisant par une forte usure. Des moyens pour réduire l'usure, par exemple le traitement thermique et la colstérisation ne peuvent s'appliquer à des articulations en compas à des températures allant jusqu'à 650°C. Pour cette raison, on ne peut utiliser les habituelles articulations en compas, de manière durable dans des conditions à températures élevées. Les paliers à calotte se composent généralement de pièces en acier qui tiennent en température. Le palier en calotte comporte un 15 boîtier en tôle qui, du point de vue de la flexion dans une plage critique en flexion entre l'oeillet d'articulation et la bielle, n'offre qu'un faible couple résistant de sorte que l'on risque la rupture. Les turbocompresseurs de gaz d'échappement ont pour fonction de comprimer l'air frais comme air de suralimentation par la 20 turbine de compression entraînée par les gaz d'échappement. Les gaz d'échappement qui traversent la partie gaz d'échappement de la turbine de gaz d'échappement, sont ainsi à des températures très élevées de l'ordre de 650 à 800°C. La turbine des gaz d'échappement ou la partie gaz d'échappement du turbocompresseur de gaz d'échappement, est 25 équipée d'une soupape de porte d'échappement. Cette soupape est ex-posée à des contraintes de températures très élevées allant jusqu'à 1050°C. Pour actionner ou déplacer la soupape de porte d'échappement, on utilise un actionneur. Mais cet actionneur est installé sur la partie compresseur du turbocompresseur de gaz d'échappement de 30 sorte qu'il est exposé à une température beaucoup plus faible car l'actionneur ne pourrait tenir à des températures aussi élevées que celles régnant dans la partie gaz d'échappement. Pour cette raison, il est nécessaire de coupler mécaniquement l'actionneur à la soupape de porte d'échappement par un mécanisme à levier. Pour cela, l'actionneur est 35 muni d'un levier primaire et la soupape de porte d'échappement est

3 munie d'un levier secondaire. Le levier primaire et le levier secondaire sont reliés par une bielle. L'axe de rotation du levier primaire et celui du levier secondaire ne sont pas toujours parallèles si bien que l'on ne peut relier la bielle au levier secondaire que par un palier articulé mobile dans toutes les directions de l'espace. Ce palier articulé doit tenir aux températures élevées régnant dans la région de la partie des gaz d'échappement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un palier articulé du io type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la coupelle de palier comporte une seconde surface de palier recevant la tête de palier. La tête de palier convexe est notamment une sphère de palier ou rotule montée dans la coupelle de palier par deux surfaces de palier séparées, à savoir une première et une seconde surface de palier. 15 Il s'agit d'un palier lisse et la géométrie de la tête de palier est complémentaire à celle des deux surfaces de palier. Cela garantit un palier mécaniquement très sûr et fiable pour la tête de palier dans la coupelle de palier et toutes les directions de l'espace peuvent absorber même des efforts importants générés par le palier articulé. En outre, cette réalisa- 20 tion constructive permet avec deux surfaces de palier, distinctes, de réaliser la tête de palier en acier et comme la réalisation est complète-ment en métal, notamment en acier, elle peut tenir de manière permanente à des températures très élevées de l'ordre de 600 à 800°C. Selon un développement, la seconde surface de palier est 25 réalisée en regard de la première surface de palier concave par rapport à la tête de palier et/ou la tête de palier n'a pas de contact avec la cou-pelle de palier entre la première et la seconde surface de palier. La tête de palier est ainsi tenue avantageusement par les deux surfaces de palier grâce à la réalisation opposée des deux surfaces de palier qui assure 30 une tenue particulièrement garantie. Selon une caractéristique, la tête de palier, notamment la zone convexe de la tête de palier, a une forme de partie de sphère et/ou la seconde surface de palier est convexe, concave ou plane. Dans le cas d'une réalisation concave, notamment en forme de fraction de sphère, 35 pour la seconde surface de palier, cette surface et la tête de palier con-

4 vexe, notamment en forme de fraction de sphère, présentent une grande surface d'appui ce qui réalise le palier de la tête de palier contre la cou-pelle de palier qui tient à des efforts particulièrement importants. De façon avantageuse, la première surface de palier con- cave et/ou la seconde surface de palier, ont une forme de fraction de sphère. Selon une caractéristique, la première surface de palier concave est réalisée par un premier composant, par exemple une cou-pelle cintrée pratiquement en deux dimensions. Un premier composant io essentiellement en deux dimensions est par exemple constitué par une plaque de tôle ou de métal, cintrée. Le premier composant est par exemple réalisé comme coupelle obtenue par exemple à partir d'une plaque de métal, plane, par transformation, notamment emboutissage profond si bien que la coupelle présente alors une première surface de 15 palier concave. Selon un autre développement, la seconde surface de palier est réalisée par un second composant de préférence partiellement convexe tel que par exemple une pièce de raccordement. Selon un développement, le premier composant est fixé 20 au second composant, notamment par une liaison par la matière, par exemple par soudage. Dans le cas d'une liaison par la matière entre le premier et le second composant, notamment par soudage, on aura une liaison particulièrement fiable entre les deux composants et avant de réaliser la liaison, on peut installer d'une manière fiable, la tête de pa- 25 lier avec un jeu défini entre le premier et le second composant. Selon un développement, le premier composant essentiellement bidimensionnel comporte une ouverture avec la première installation de raccordement ou à travers laquelle passe la première installation de raccordement. L'ouverture a une géométrie suffisante 30 pour que le palier articulé puisse être déplacé dans toutes les directions de l'espace, c'est-à-dire pour que la tête de palier soit montée sur la coupelle de palier de façon à être mobile dans toutes les directions de l'espace. La tête de palier et/ou la coupelle de palier, notamment 35 le premier composant et/ou le second composant et/ou la première ins- tallation de raccordement et/ou la seconde installation de raccorde-ment, sont au moins réalisés en partie et notamment complètement en métal, par exemple en acier et/ou la tête de palier est montée sur la coupelle de palier de façon à être mobile dans toutes les directions de 5 l'espace. Dans le cas d'une réalisation du palier articulé au moins en partie notamment totalement en métal, par exemple en acier, le palier articulé a une tenue aux températures élevées, par exemple à des températures de l'ordre de 600 à 800°C. Ainsi, le palier articulé pourra être fixé à un levier secondaire d'une soupape de porte d'échappement d'un io turbocompresseur de gaz d'échappement car à cet endroit, on rencontre des températures élevées du fait des gaz d'échappement qui sont de l'ordre de 600 à 700°C. L'invention a également pour objet un turbocompresseur de gaz d'échappement, comprenant : 15 - une soupape de porte d'échappement, - un actionneur pour actionner la soupape de porte d'échappement, - un levier primaire sur l'actionneur, - un levier secondaire sur la soupape de porte d'échappement, - une bielle reliant le levier primaire au levier secondaire, 20 - un palier articulé reliant le levier secondaire à la soupape de porte d'échappement à la bielle, ce turbocompresseur étant caractérisé en ce que le palier comprend : - une tête de palier convexe, 25 - de préférence une première installation de raccordement pour relier une première bielle à la tête de palier, - une coupelle de palier comportant une première surface de palier concave recevant la tête de palier, - de préférence une seconde installation de raccordement reliée à la 30 coupelle de palier, directement ou indirectement pour une seconde bielle, et - la coupelle de palier a une seconde surface de palier recevant la tête de palier.

6 De façon avantageuse, le turbocompresseur de gaz d'échappement a une ouverture d'entrée des gaz d'échappement et une ouverture de sortie des gaz d'échappement. Selon un développement, le turbocompresseur de gaz d'échappement a une ouverture d'entrée pour l'air frais et une ouverture de sortie pour l'air de suralimentation. De manière avantageuse, le turbocompresseur de gaz d'échappement a une turbine à gaz d'échappement et un compresseur, la turbine et le compresseur étant reliés mécaniquement par un arbre io de façon que le compresseur soit entraîné par la turbine des gaz d'échappement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de palier articulé et d'un turbocom- 15 presseur de gaz d'échappement équipé d'un tel palier articulé, représentés dans les dessins annexé dans lesquels : - la figure 1 est une vue du palier articulé, - la figure 2 est une coupe longitudinale du palier articulé de la figure 1, 20 - la figure 3 est une vue de dessus d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, - la figure 4 est une vue en perspective d'un actionneur équipé d'un mécanisme à levier pour commander la soupape des gaz d'échappement. 25 Description de modes de réalisation de l'invention Un palier articulé 1 selon les figures 1 et 2 s'utilise dans de multiples applications techniques pour relier de manière articulée une première bielle 7 à une seconde bielle 8, le palier articulé 1 reliant de manière articulée ou mobile les deux bielles 7, 8 dans toutes les di- 30 rections de l'espace (figures 1 et 2). Le palier articulé 1 est en acier et peut ainsi tenir à des températures permanentes, élevées, de l'ordre de 600 à 800°C et s'utiliser dans de telles conditions de températures. Le palier articulé 1 comporte une coupelle de palier 4 en deux parties ayant un premier composant 11 et un second composant 35 13. Le premier composant 11 est une pièce cintrée en deux dimensions

7 en forme de coupelle 12. La coupelle 12 a une ouverture 14 (figure 1). Le premier composant 11 en forme de coupelle 12 est réalisé par exemple par emboutissage profond d'une tôle d'acier. Du fait de la courbure de la coupelle 28, le premier composant 11 a une première surface de palier concave 9. La première surface de palier concave 9 est pratiquement réalisée sous la forme d'une demi-sphère. Le second composant 13 a également une seconde surface de palier 10 de forme con-cave. Une tête de palier 3, convexe, c'est-à-dire une tête sphérique, convexe 3, comme boule de palier, est installée entre le premier composant 11 et le second composant 13. La tête de palier 3 est appliquée séparément contre la première surface de palier 9 et contre la seconde surface de palier 10 de sorte que la tête de palier 3 est installée de manière mobile comme palier lisse sur les deux surfaces de palier 9, 10. Le second composant 13 est réalisé en une seule pièce 15 avec une seconde installation de raccordement 6 pour la seconde bielle 8. La seconde installation de raccordement 6 comporte un perçage 21 dans la seconde direction de raccordement 6 ; le perçage 21 est muni d'un filetage 22. La zone d'extrémité de la seconde bielle 8 comporte également un filetage extérieur 23 vissé dans le filetage 22 du perçage 20 21 (figure 1). Un écrou 24 relie la seconde bielle 8 à la seconde installation de raccordement 6. La tête de palier 3 est en une seule pièce avec la première installation de raccordement 5 pour la première bielle 7. La seconde installation de raccordement 5 traverse l'ouverture 14 du premier composant 11 constituant une coupelle 12, de sorte que la tête de 25 palier 3 est montée mobile entre les deux composants 11, 13. La dimension de l'ouverture 14 permet à la première bielle 7 ou à la tête de palier 3, de bouger dans toutes les directions de l'espace dans la coupelle de palier 4. Pour réaliser le palier articulé 1, on transforme une 30 plaque d'acier ou une tôle d'acier par emboutissage profond pour lui donner la géométrie représentée aux figures 1 et 2. Entre le premier composant 11 constituant une coupelle 12 et le second composant 13, on installe ensuite la tête de palier et on glisse la coupelle 12 sur le second composant 13. Cet emmanchement se fait en laissant un jeu par 35 exemple de 0,1 mm entre la tête de palier 3 et le premier et le second

8 composant 11, 13. Après cet alignement, on relie la coupelle 12 au second composant 13 par une liaison par la forme par soudage pour avoir ainsi une liaison soudée 25 complètement périphérique (figure 2) entre le second composant 13 et la coupelle 12.

Les figures 3 et 4 montrent un turbocompresseur de gaz d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne non représenté d'un véhicule automobile. Le turbocompresseur de gaz d'échappement 2 comporte une partie gaz d'échappement 26 avec une turbine de gaz d'échappement non représentée et une partie compresseur 27 avec un io compresseur non représenté. La partie gaz d'échappement 26 reçoit les gaz d'échappement à une température très élevée de l'ordre de 700 à 800°C. De ce fait, pendant le fonctionnement du turbocompresseur de gaz d'échappement 2, la partie gaz d'échappement 26 est à des températures très élevées dans une plage allant jusqu'à 650°C. La partie gaz 15 d'échappement 26 est munie d'une soupape de porte d'échappement 15. Pour actionner ou déplacer la soupape de porte d'échappement 15, le turbocompresseur de gaz d'échappement 2 comporte un actionneur 16 équipé d'un servomoteur 17, c'est-à-dire d'un moteur électrique à courant continu et d'une transmission 18 (figure 4). L'actionneur 16 ne 20 peut tenir aux températures élevées dans la zone de la partie gaz d'échappement 26 et c'est pourquoi il est fixé au niveau de la partie compresseur 27 exposé à des températures considérablement plus basses dans le boîtier du turbocompresseur de gaz d'échappement 2. L'air frais de l'environnement est aspiré par la partie compresseur 27 25 pour être comprimé, de sorte que les températures régnant au niveau de la partie compresseur 27, sont considérablement plus faibles que ci-dessus et se situent par exemple dans une plage comprise entre 30 et 50°C. L'actionneur 16 est relié à la soupape de porte d'échappement 15 par un mécanisme à leviers. Pour cela, l'actionneur 16 est relié à un 30 levier primaire 19 et la soupape de porte d'échappement 15 est reliée à un levier secondaire 20. Le levier primaire et le levier secondaire 19, 20 sont couplés par une première bielle 7. Pour cela, le levier primaire 19 comporte une articulation reliant la première bielle 7 au levier primaire 19 et le levier secondaire 20 à un palier articulé 1 reliant de manière 35 articulée le levier secondaire 20 à la première bielle 7. L'axe de rotation

9 du levier primaire 19 et celui du levier secondaire 20 ne sont pas parallèles et les plans de mouvement du levier primaire et du levier secondaire 19, 20 font par exemple entre-eux un angle de 105°. Pour cette raison il est nécessaire que le palier articulé 1 du levier secondaire 20 puisse se déplacer dans toutes les directions de l'espace ; cela signifie qu'il faut avoir une cinématique en trois dimensions 3D. Le palier articulé 1 du turbocompresseur de gaz d'échappement 2 est le contrepalier 1 décrit ci-dessus de sorte que dans ces conditions, le palier articulé 1 peut d'une part être entouré par des températures élevées de l'ordre de io 650°C au niveau du levier secondaire 20 et résister ainsi de manière permanente aux contraintes mécaniques appliquées au turbocompresseur de gaz d'échappement 2. Dans la direction de traction sur la coupelle de palier 4, dans la zone équatoriale de la tête de palier 3, la tête de palier 3 a une 15 grande surface d'appui, si bien que les surfaces de palier 9, 10 sont ex-posées à des pressions faibles et subissent ainsi une faible usure entre la tête de palier et les deux surfaces de palier 9, 10. Cela permet d'utiliser le palier articulé 1 de manière permanente même sous l'effet de contraintes mécaniques poussées. 20 Globalement, le palier articulé 1 selon l'invention et le turbocompresseur de gaz d'échappement 2 selon l'invention, offrent des avantages importants. Le palier articulé 1 est d'une fabrication simple et économique ; il peut résister en permanence à des sollicitations mécanique et thermique élevées et il convient notamment comme palier 25 d'appui pour un levier secondaire 20 du turbocompresseur de gaz d'échappement 2. 30 NOMENCLATURE

1 palier articulé 2 turbocompresseur de gaz d'échappement 3 tête de palier/tête sphérique 4 coupelle de palier 6 installation de raccordement 7 bielle 8 bielle 9 première surface de palier concave 10 seconde surface de palier concave 11 premier composant 12 coupelle 13 second composant 14 ouverture 15 soupape de porte d'échappement 16 actionneur 17 servomoteur/moteur électrique à courant continu 18 transmission 19 levier primaire 20 levier secondaire 21 perçage 22 filetage 23 filetage/filetage extérieur 24 écrou 26 partie gaz d'échappement 27 partie compresseur 28 coupelle30

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Palier articulé (1) comprenant : - une tête de palier convexe (3), - de préférence une première installation de raccordement (5) pour re- lier une première bielle (7) à la tête de palier (3), - une coupelle de palier (4) comportant une première surface de palier concave (9) recevant la tête de palier (3), - de préférence une seconde installation de raccordement (6) reliée à la coupelle de palier (4), directement ou indirectement pour une seconde bielle (8), palier articulé caractérisé en ce que la coupelle de palier (4) comporte une seconde surface de palier (10) recevant la tête de palier (3). 15 2°) Palier articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - la seconde surface de palier (10) est réalisée en regard de la première surface de palier (9) concave, par rapport à la tête de palier (3) et/ou - la tête de palier (3) n'a pas de contact avec la coupelle de palier (4) 20 entre la première et la seconde surface de palier (9, 10). 3°) Palier articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - la tête de palier (3), notamment la zone convexe de la tête de palier 25 (3) est en forme de partie de sphère et/ou - la seconde surface de palier (10) est convexe, concave ou plane. 4°) Palier articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 30 la première surface de palier concave (9) et/ou la seconde surface de palier (10) ont la forme d'une partie de sphère. 5°) Palier articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 12 la première surface de palier concave (9) est formée par un premier composant (11) courbé pratiquement dans deux dimensions, par exemple une coupelle (12). 6°) Palier articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde surface de palier (10) est formée par un second composant (13) de préférence en partie convexe, par exemple une pièce de raccordement (13). 7°) Palier articulé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier composant (11) est fixé au second composant (13), notamment par une liaison par la matière par exemple par soudage. 8°) Palier articulé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier composant (11) essentiellement bidimensionnel comporte une ouverture (14) munie de la première installation de raccordement (5) ou à travers laquelle passe la première installation de raccordement (5). 9°) Palier articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de palier (3) et/ou la coupelle de palier (4), notamment le premier composant (11) et/ou le second composant (13) et/ou la première installation de raccordement (5) et/ou la seconde installation de raccorde-ment (6) sont au moins partiellement et notamment complètement réalisés en métal par exemple en acier et/ou la tête de palier (3) est montée de manière mobile dans toutes les directions de l'espace dans la coupelle de palier (4). 10°) Turbocompresseur de gaz d'échappement (2), comprenant : - une soupape de porte d'échappement (15),- un actionneur (16) pour actionner la soupape de porte d'échappement (15), - un levier primaire (19) sur l'actionneur (16), - un levier secondaire (20) sur la soupape de porte d'échappement (1 5) - une bielle (7) reliant le levier primaire (19) au levier secondaire (20), - un palier articulé (1) reliant le levier secondaire (20) à la soupape de porte d'échappement (15) à la bielle (7), turbocompresseur caractérisé en ce que le palier articulé (1) comprend : - une tête de palier convexe (3), - de préférence une première installation de raccordement (5) pour relier une première bielle (7) à la tête de palier (3), - une coupelle de palier (4) comportant une première surface de palier 15 concave (9) recevant la tête de palier (3), - de préférence une seconde installation de raccordement (6) reliée à la coupelle de palier (4), directement ou indirectement pour une seconde bielle (8), et - la coupelle de palier (4) comporte une seconde surface de palier (10) 20 recevant la tête de palier (3). 25