FR3020103A1 - Module de roulement, notamment pour turbocompresseur - Google Patents

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Abstract

Le module de roulement, notamment pour turbocompresseur, comprend au moins deux roulements 12, 14 pourvu chacun d'au moins une bague intérieure 20, 22, d'au moins une bague extérieure 24, 26 et d'au moins une rangée d'éléments roulants 28, 30 disposés entre lesdites bagues, une entretoise 16 interposée axialement entre les bagues intérieures des roulements, un boîtier 18 extérieur pourvu d'un alésage 18a à l'intérieur duquel sont montés les bagues extérieures desdits roulements, et au moins un orifice de sortie 44 d'un lubrifiant ménagé dans l'épaisseur dudit boîtier et/ou de l'entretoise. Un canal 46 annulaire est délimité radialement entre le boîtier et l'entretoise et situé axialement entre les roulements 12, 14. Ledit orifice de sortie 44 débouche dans ledit canal. Le canal 46 présente, entre chaque extrémité axiale dudit canal et ledit orifice de sortie 44, une section radiale croissante en direction dudit orifice.

Description

Module de roulement, notamment pour turbocompresseur La présente invention concerne le domaine des cartouches ou modules de roulement comprenant au moins deux roulements, une entretoise intérieure s'étendant axialement entre les roulements et un boîtier extérieur de réception desdits roulements. Les modules peuvent par exemple être ceux utilisés dans un turbocompresseur de véhicule automobile. Dans une telle application, le turbocompresseur est utilisé pour améliorer les performances du moteur à combustion du véhicule en augmentant la pression des gaz admis à l'intérieur des cylindres du moteur.
Un turbocompresseur comprend généralement un carter, un arbre s'étendant à travers une ouverture formée sur le carter, une roue de turbine montée sur une première extrémité de l'arbre et située dans un passage traversé par les gaz d'échappement du moteur, une roue de compresseur montée sur une deuxième extrémité dudit arbre et située dans un passage traversé par les gaz admis dans le moteur, et au moins deux roulements espacés et disposés entre l'arbre et le carter. Lorsque la roue de turbine est entraînée en rotation par les gaz d'échappement, la roue de compresseur est également mise en rotation, ce qui entraîne une compression des gaz admis dans les cylindres du moteur à combustion. Généralement, la lubrification des roulements est réalisée par une circulation d'huile, par exemple l'huile du moteur à combustion. On connait, par le document JP-A-2013-124679 (JTEKT Corp), un turbocompresseur équipé d'un module de roulement comprenant un boîtier interposé radialement entre les roulements et le carter et comprenant deux orifices traversants pour assurer l'alimentation en lubrifiant de chacun des roulements. Le module comprend également une entretoise séparant axialement les bagues intérieures des roulements et délimitant conjointement avec le boîtier un canal de circulation du lubrifiant. Un orifice de sortie du lubrifiant qui est ménagé dans l'épaisseur du boîtier débouche dans le canal de circulation. En fonctionnement, la rotation à grande vitesse des billes et de la cage associée de chaque roulement empêche la sortie du lubrifiant vers l'extérieur à travers les roulements. Le lubrifiant a tendance à se diriger à l'intérieur du canal de circulation défini entre l'entretoise et le boîtier. Dans ce document antérieur, la surface extérieure de l'entretoise comprend deux parties d'extrémité tronconiques s'évasant vers l'extérieur en direction de l'orifice de sortie. Ainsi, la section radiale du canal de circulation délimitée entre l'entretoise et le boîtier décroit en direction de l'orifice de sortie. Cette réduction de section ralentit l'évacuation du lubrifiant hors du boîtier. La température du lubrifiant résiduel situé entre le boîtier et l'entretoise à proximité des roulements a donc tendance à augmenter, ce qui est néfaste pour le refroidissement desdits roulements. En outre, avec le lubrifiant résiduel présent entre l'entretoise et le boîtier, le couple de friction est augmenté lors de la rotation de l'arbre. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
La présente invention vise à prévoir un module de roulement, notamment pour turbocompresseur, permettant de favoriser le refroidissement des roulements dudit module et présentant en fonctionnement un couple de friction limité. Dans un mode de réalisation, le module de roulement, notamment pour turbocompresseur, comprend au moins deux roulements pourvus chacun d'au moins une bague intérieure, d'au moins une bague extérieure et d'au moins une rangée d'éléments roulants disposés entre lesdites bagues, une entretoise interposée axialement entre les bagues intérieures des roulements, un boîtier extérieur pourvu d'un alésage à l'intérieur duquel sont montés les bagues extérieures desdits roulements, et au moins un orifice de sortie d'un lubrifiant ménagé dans l'épaisseur dudit boîtier et/ou de l'entretoise. Un canal annulaire est délimité radialement entre le boîtier et l'entretoise et situé axialement entre les roulements. Ledit orifice de sortie débouche dans ledit canal. Le canal présente entre chaque extrémité axiale dudit canal et ledit orifice de sortie une section radiale croissante en direction dudit orifice. De préférence, le canal comprend une portion centrale dans laquelle débouche au moins en partie ledit orifice de sortie et présentant une section radiale maximale, et deux portions latérales situées axialement de part et d'autre de la portion centrale et présentant chacune une section radiale croissante en direction de ladite portion centrale.
Chaque portion latérale du canal peut se raccorder à la portion centrale. De préférence, la section radiale de chaque portion latérale du canal croit progressivement en direction de la portion centrale. Dans un mode de réalisation, l'alésage du boîtier comprend deux surfaces tronconiques délimitant chacune une des portions latérales du canal radialement du côté extérieur. L'alésage du boîtier peut comprendre une surface cylindrique délimitant la portion centrale du canal radialement du côté extérieur. Avantageusement, l'entretoise comprend une surface extérieure cylindrique délimitant le canal radialement du côté intérieur. De préférence, le module comprend au moins deux orifices d'introduction de lubrifiant ménagés dans l'épaisseur du boîtier et/ou de l'entretoise pour permettre chacun une alimentation en lubrifiant d'un des roulements, lesdits orifices d'introduction débouchant dans ledit canal. Les orifices d'introduction et de sortie du lubrifiant peuvent être ménagés dans l'épaisseur du boîtier. Dans un mode de réalisation, le rapport entre la section radiale maximale du canal et la section radiale minimale de chaque extrémité axiale du canal est compris entre 1,25 et 1,75, et de préférence égale à 1,5. L'invention concerne également un turbocompresseur comprenant un arbre, un carter, une roue de turbine et une roue de compresseur montées sur l'arbre, et au moins un module de roulement tel que défini précédemment disposé entre ledit arbre et le carter. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un module de roulement selon un exemple de réalisation de l'invention, et - la figure 2 est une vue en perspective du module de la figure 1 Sur les figures 1 et 2, le module de roulement, référencé 10 dans son ensemble, d'axe 10a, est destiné à être utilisé dans un turbocompresseur de véhicule automobile et à être monté radialement entre un arbre portant des roues de turbine et de compresseur et un carter dudit turbocompresseur. Le module 10 peut cependant être utilisé dans d'autres applications. Le module 10 comprend deux premier et second roulements 12, 14 espacés axialement, une entretoise 16 intérieure interposée axialement entre les roulements et un boîtier 18 extérieur à l'intérieur duquel sont montés lesdits roulements.
Dans l'exemple de réalisation illustré, les roulements 12, 14 sont identiques et symétriques par rapport à un plan radial médian transversal passant par le centre du module 10. Chaque roulement 12, 14 comprend une bague intérieure 20, 22, une bague extérieure 24, 26, une rangée d'éléments roulants 28, 30, ici réalisés sous forme de billes, disposés radialement entre lesdites bagues et une cage 32, 34 annulaire prévue pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier des éléments roulants 28, 30 de la rangée. Les bagues intérieure et extérieure de chaque roulement 12, 14 sont concentriques. Dans l'exemple de réalisation illustré, les bagues sont massives. On entend par « bagues massives », une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d'ébauches forgées et/ou roulées.
La bague extérieure 24, 26 de chaque roulement comprend une surface extérieure 24a, 26a axiale cylindrique, un alésage 24b, 26b axial, deux surfaces frontales 24c et 24d, 26c et 26d radiales opposées délimitant axialement ledit alésage et la surface extérieure, et un chemin de roulement formé sur l'alésage 24b, 26b et présentant en section droite un profil interne concave adapté aux éléments roulants 28, 30, ledit chemin de roulement étant orienté radialement vers l' intérieur. La bague intérieure 20, 22 de chaque roulement comprend un alésage 20a, 22a axial cylindrique, une surface extérieure 20b, 22b axiale, deux surfaces frontales 20c et 20d, 22c et 22d radiales opposées délimitant axialement ledit alésage et ladite surface extérieure, et un chemin de roulement formé sur la surface extérieure 20b, 22b et présentant en section droite un profil interne concave adapté aux éléments roulants 28, 30, ledit chemin de roulement étant orienté radialement vers l'extérieur. Un espace de roulement est délimité radialement et axialement entre les bagues intérieure et extérieure de chaque roulement 12, 14. A l'intérieur de chaque espace de roulement sont logées la rangée d'éléments roulants 28, 30 et la cage 32, 34 de maintien associée. L'entretoise 16 intérieure présente une forme de manchon annulaire et est coaxiale à l'axe 10a du module. L'entretoise 16 est montée axialement entre les bagues intérieures 20, 22 des roulements et vient axialement en appui contre lesdites bagues. L'entretoise 16 est interposée axialement entre les bagues intérieures 20, 22. L'entretoise 16 comprend un alésage 16a axial cylindrique, une surface extérieure 16b axiale cylindrique opposée audit alésage, et deux surfaces frontales 16c, 16d radiales opposées délimitant axialement ledit alésage et ladite surface extérieure. La surface frontale 16c de l'entretoise vient axialement en appui contre la surface frontale 20d de la bague intérieure du premier roulement 12, et la surface frontale 16d opposée de ladite entretoise vient axialement en appui contre la surface frontale 22d de la bague intérieure du second roulement 14. L'alésage 16a de l'entretoise prolonge axialement les alésages 20a, 22a des premier et second roulements 12, 14. La surface extérieure 16b de l'entretoise prolonge axialement les surfaces extérieures 20b, 22b des bagues intérieures des roulements 12, 14. Le boîtier 18 extérieur présente une forme annulaire et est coaxial à l'axe 10a du module. Le boîtier 18 forme un logement de réception des roulements 12, 14. Le boîtier 18 comprend un alésage 18a axial étagé, une surface extérieure 18b axiale cylindrique opposée audit alésage, et deux surfaces frontales 18c, 18d radiales opposées délimitant axialement ledit alésage et ladite surface extérieure. Chaque roulement 12, 14 est monté dans l'alésage 18a et vient radialement en contact contre ledit alésage. La surface extérieure 24a, 26a de la bague extérieure de chaque roulement vient radialement en contact contre l'alésage 18a du boîtier. Le boîtier 18 comprend également des orifices 40, 42 traversants ménagés dans son épaisseur et débouchant dans l'alésage 18a. Les orifices 40, 42 sont prévus respectivement pour permettre une alimentation en lubrifiant des roulements 12, 14. Le lubrifiant peut être de l'huile, par exemple l'huile du moteur à combustion interne pour une utilisation du module 10 de roulement dans un turbocompresseur de véhicule automobile. L'orifice 40, respectivement 42, s'étend à partir de la surface extérieure 18b du boîtier et débouche dans l'alésage 18a axialement au voisinage du roulement 12, respectivement 14. Chaque orifice 40, 42 débouche dans l'alésage 18a du boîtier axialement du côté intérieur du module 10 par rapport au roulement 12, 14 associé. Chaque orifice 40, 42 est situé axialement entre les deux roulements 12, 14. L'axe de chaque orifice 40, 42 est incliné par rapport à un plan radial transversal en direction du roulement 12, 14 associé. Dans l'exemple de réalisation illustré, un unique orifice 40, 42 d'introduction de lubrifiant est associé à chaque roulement 12, 14 associé. En variante, il est possible d'associer à chaque roulement une pluralité d'orifices d'introduction de lubrifiant, par exemple espacés les uns par rapport aux autres dans le sens circonférenti el.
Le boîtier 18 comprend encore un orifice de sortie 44 pour le lubrifiant qui est ménagé dans l'épaisseur dudit boîtier et débouche dans l'alésage 18a. L'orifice de sortie 44 traversant s'étend à partir de la surface extérieure 18b et débouche dans l'alésage 18a. L'orifice de sortie 44 s'étend radialement et est situé axialement entre les orifices 40, 42 d'introduction de lubrifiant. L'orifice de sortie 44 présente ici une dimension radiale sensiblement supérieure à celle des orifices 40, 42 d'introduction du lubrifiant. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'orifice 44 est disposé sur le boîtier 18 radialement à l'opposé des orifices 40, 42. Les orifices 40 à 44 présentent ici une forme générale cylindrique. Un canal 46 annulaire est formé radialement entre le boîtier 18 et l'entretoise 16. Le canal 46 est formé radialement entre la surface extérieure 16b de l'entretoise et la partie de l'alésage 18a du boîtier radialement en regard. Le canal 46 est situé axialement entre les roulements 12, 14. Une extrémité axiale du canal 46 prolonge l'espace de roulement du premier roulement 12 et l'autre extrémité axiale opposée dudit canal prolonge l'espace de roulement du second roulement 14.
Le canal 46 comprend une portion centrale 46a à l'intérieur de laquelle débouche l'orifice d'évacuation 44, et deux portions latérales 46b, 46c prolongeant la portion centrale 40a et situées axialement de part et d'autre de ladite portion centrale. Chaque orifice 40, 42 d'introduction de lubrifiant débouche dans une des portions latérales 46b, 46c du canal. La section radiale maximale du canal est formée par la portion centrale 46a. Les portions latérales 46b, 46c présentent chacune une section radiale croissante en direction de la portion centrale 40a. A titre indicatif, le rapport entre la section radiale maximale de la portion centrale 46a et la section radiale minimale de chaque portion latérale 46b, 46c peut être comprise entre 1,25 et 1,75, et de préférence égal à 1,5. L'alésage 18a étagé du boîtier comprend une surface cylindrique 50, 52 d'extrémité annulaire ménagée à chaque extrémité axiale et contre laquelle est montée radialement en appui la bague extérieure 24, 26 du roulement associé, un rebord 54, 56 prolongeant radialement vers l'intérieur ladite surface cylindrique et formant surface de butée pour ladite bague extérieure associée, et une surface cylindrique 58, 60 de petit diamètre prolongeant axialement vers l'intérieur ledit rebord. L'orifice 40, respectivement 42, d'introduction de lubrifiant débouche sur la surface cylindrique 58, respectivement 60. L'alésage 18a étagé comprend également une surface tronconique 62, 64 prolongeant vers l'intérieur chaque surface cylindrique 58, 60 et s'évasant radialement vers l'extérieur, et une surface cylindrique 66 axiale annulaire s'étendant axialement entre les surfaces tronconiques 62, 64 et se raccordant au bord de grand diamètre de chacune desdites surfaces tronconiques. L'orifice 28 de sortie débouche sur la surface cylindrique 66 de l'alésage. La portion centrale 46a du canal est délimitée radialement par la surface cylindrique 66 de l'alésage 18a du boîtier et par la surface extérieure 16b de l'entretoise. La portion latérale 46b du canal s'étend à partir du rebord 54 de l'alésage 18a du boîtier et se raccorde à une extrémité axiale de la portion centrale 46a. La portion latérale 46c s'étend à partir du rebord 56 de l'alésage 18a et se raccorde à l'extrémité axiale opposée de ladite portion centrale 46a. Le canal 46 s'étend axialement entre les rebords 54, 56 du boîtier. Les portions latérales 46b, 46c sont symétriques entre elles par rapport au plan radial médian du module 10. Dans l'exemple de réalisation illustré, la section radiale de chaque portion latérale 46b, 46c est constante à partir de chaque extrémité axiale de ladite portion formant une des extrémités axiales du canal 40, puis augmente progressivement en direction de la portion centrale 40a. La portion latérale 46b, respectivement 46c, du canal est délimitée radialement par la surface extérieure 16b de l'entretoise et par la surface cylindrique 58, respectivement 60, et la surface tronconique 62, respectivement 64, de l'alésage du boîtier. Avec le module 10, l'évacuation vers l'extérieur du lubrifiant présent entre l'entretoise 16 et le boîtier 18 est facilitée dans la mesure où la section de passage du canal 46 croît à partir de chaque roulement 12, 14 vers l'orifice de sortie 44. L'écoulement du lubrifiant vers l'extérieur du module 10 est favorisé. En outre, lors de la rotation des bagues intérieures des roulements et de l'entretoise 16, la force centrifuge tend à projeter le lubrifiant vers les surfaces tronconiques 62, 64 de l'alésage du boîtier 18 favorisant un écoulement en direction de l'orifice de sortie 44. Chaque surface tronconique 62, 64 forme une pente inclinée et dirigée en direction de l'orifice de sortie 44. L'évacuation du lubrifiant présent à l'intérieur du module 10 est encore facilitée, ce qui permet d'obtenir un bon refroidissement. En outre, le couple de friction du module 10 est également réduit dans la mesure où la quantité de lubrifiant résiduel présent à l'intérieur du canal 46 de circulation est limitée. Dans l'exemple de réalisation illustré, le canal de circulation formé radialement entre le boîtier 18 et l'entretoise 16 présente une portion centrale cylindrique et deux portions latérales comprenant chacune une partie tronconique et une partie cylindrique. En variante, il est possible de prévoir un canal présentant en section droite une forme différente. Il pourrait par exemple être possible de prévoir un boîtier comprenant un alésage dépourvu, dans la zone du canal, de surface cylindrique et présentant en section droite une forme générale en V inversé, l'orifice de sortie du lubrifiant étant ménagé dans la partie de plus grand diamètre dudit V. Dans une autre variante, il pourrait encore être possible de prévoir pour la zone de l'alésage du boîtier délimitant le canal de circulation une partie présentant en section droite un profil en arc de cercle orienté radialement vers l'intérieur, l'orifice de sortie est disposé de préférence dans la partie de grand diamètre dudit arc. Dans l'exemple de réalisation illustré, chaque roulement comprend une unique rangée d'éléments roulants disposés entre des chemins de roulement ménagés sur les bagues intérieure et extérieure. En variante, il est possible de prévoir un nombre supérieur de rangées d'éléments roulants. Dans une variante de réalisation, les éléments roulants des roulements pourraient être des rouleaux.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Module de roulement, notamment pour turbocompresseur, comprenant au moins deux roulements (12, 14) pourvu chacun d'au moins une bague intérieure (20, 22), d'au moins une bague extérieure (24, 26) et d'au moins une rangée d'éléments roulants (28, 30) disposés entre lesdites bagues, une entretoise (16) interposée axialement entre les bagues intérieures des roulements, un boîtier (18) extérieur pourvu d'un alésage (18a) à l'intérieur duquel sont montés les bagues extérieures desdits roulements, et au moins un orifice de sortie (44) d'un lubrifiant ménagé dans l'épaisseur dudit boîtier et/ou de l'entretoise, un canal (46) annulaire étant délimité radialement entre le boîtier et l'entretoise et situé axialement entre les roulements (12, 14), ledit orifice de sortie (44) débouchant dans ledit canal, caractérisé en ce que le canal (46) présente, entre chaque extrémité axiale dudit canal et ledit orifice de sortie (44), une section radiale croissante en direction dudit orifice.
  2. 2. Module selon la revendication 1, dans lequel le canal (46) comprend une portion centrale (46a) dans laquelle débouche au moins en partie ledit orifice de sortie (44) et présentant une section radiale maximale, et deux portions latérales (46b, 46c) situées axialement de part et d'autre de la portion centrale (46a) et présentant chacune une section radiale croissante en direction de ladite portion centrale.
  3. 3. Module selon la revendication 2, dans lequel chaque portion latérale (46b, 46c) du canal se raccorde à la portion centrale (46a).
  4. 4. Module selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'alésage (18a) du boîtier comprend deux surfaces tronconiques (62, 64) délimitant chacune une des portions latérales (46b, 46c) du canal radialement du côté extérieur.
  5. 5. Module selon la revendication 4, dans lequel l'alésage (18a) du boîtier comprend une surface cylindrique (66) délimitant la portion centrale (46a) du canal radialement du côté extérieur.
  6. 6. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'entretoise (16) comprend une surface extérieure (16b) cylindrique délimitant le canal (46) radialement du côté intérieur.
  7. 7. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux orifices d'introduction (40, 42) de lubrifiant ménagés dans l'épaisseur du boîtier et/ou de l'entretoise pour permettre chacun une alimentation en lubrifiant d'un des roulements (12, 14), lesdits orifices d'introduction (40, 42) débouchant dans ledit canal (46).
  8. 8. Module selon la revendication 7, dans lequel les orifices d'introduction (40, 42) et de sortie (44) du lubrifiant sont ménagés dans l'épaisseur du boîtier (18).
  9. 9. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rapport entre la section radiale maximale du canal (46a) et la section radiale minimale de chaque extrémité axiale du canal est compris entre 1,25 et 1,75, et de préférence égale à 1,5.
  10. 10. Turbocompresseur comprenant un arbre, un carter, une roue de turbine et une roue de compresseur montées sur l'arbre, et au moins un module selon l'une quelconque des revendications précédentes disposé entre ledit arbre et le carter.
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