WO2018087262A1 - Turbocompresseur avec un arbre comprenant une portion libre - Google Patents

Turbocompresseur avec un arbre comprenant une portion libre Download PDF

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WO2018087262A1
WO2018087262A1 PCT/EP2017/078820 EP2017078820W WO2018087262A1 WO 2018087262 A1 WO2018087262 A1 WO 2018087262A1 EP 2017078820 W EP2017078820 W EP 2017078820W WO 2018087262 A1 WO2018087262 A1 WO 2018087262A1
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WO
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compressor
turbine
shaft
turbocharger
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/078820
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English (en)
Inventor
Haydar SERBES
Original Assignee
Carrosserie Technic
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Priority to US16/348,659 priority patent/US20190323510A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger, in particular a turbocharger for an internal combustion engine. Description of the prior art
  • the turbocharger is a supercharging system widely used in internal combustion engines to increase their power.
  • the principle is to increase the density of the air admitted into the combustion chamber of the engine by compressing it with the aid of a compressor connected by a shaft to a turbine, which itself is rotated by the gases of exhaust.
  • a turbocharger In order to function optimally, a turbocharger generally requires the downstream use thereof of a heat exchanger to cool the air and thus further increase its density, the compressed air generally having a high temperature at the outlet turbocharger. Because of their high temperature, the exhaust gases are the main source of heat inside the turbocharger. These exhaust gases are therefore at the origin of a temperature increase not beneficial for both the compressed air by the turbocharger but also for the bearings of the axis connecting the compressor and the turbine.
  • US2014 / 0352299 discloses a turbocharger in which a cooling duct is designed to convey a portion of the compressed air into the compressor near the bearing of the shaft between the turbine and the compressor. Such a cooling system is therefore intended to cool the bearing to preserve the warming due to the friction of the shaft in the bearing and the high temperatures of the exhaust gas.
  • US2012 / 0003081 also discloses a turbocharger wherein a cooling jacket is adapted to supply compressed air directly from or downstream of the compressor into a cavity for cooling the bearing of the compressor. tree.
  • a passage in which is placed or not a pressure relief valve, is provided between the inside of the compressor housing and the cooling cavity.
  • the present invention relates to a turbocharger comprising a compressor and a compressor casing surrounding said compressor, a turbine and a turbine casing surrounding said turbine, said compressor casing comprising an inlet and an outlet for the air admitted into a combustion chamber of an engine, said turbine casing comprising an inlet and an outlet for the exhaust gases, a shaft connecting said turbine and said compressor, at least one bearing for supporting and guiding in rotation said shaft, said turbocharger comprising means for fixing the compressor casing to the turbine casing, said shaft comprising a free portion between the two casings, said fixing means being able to allow the passage of a flow of air flowing along of said free portion and around said compressor and turbine casings.
  • the free portion of the shaft therefore communicates directly with the outside of the turbocharger because the means for fixing the compressor housing to the turbine casing allow the passage of an outside air flow around said housings and along said free portion, with a direct contact between the air flow and the free portion.
  • the presence of this free portion therefore substantially reduces heat transfer by thermal conduction between the two housings that are observed in the prior art.
  • the fastening means of the compressor casing to the turbine casing comprise a plurality of pillars.
  • the turbocharger comprises two bearing housings for supporting the shaft connecting the compressor to the turbine, the first bearing housing being located between the turbine casing and the free portion of the shaft, the second bearing housing located between the compressor housing and the free portion of the shaft.
  • the first bearing housing is attached to the turbine housing and the second bearing housing is attached to the compressor housing.
  • the first and second bearing housings therefore rotate the shaft connecting the compressor to the turbine and can contain any type of bearing suitable for performing this function, whether they are for example smooth or rolling bearings.
  • the first and second bearing housings advantageously include an inlet and an outlet for receiving a lubricant and seals to prevent lubricant leakage to the free portion of the shaft and the turbine and compressor housings.
  • the free portion of the axis comprises air deflection means, said air deflection means being able to generate a flow of air when said shaft is rotating.
  • the air deflection means are able to generate a flow of air flowing in the direction from the compressor housing to the turbine casing. A flow of air flowing in this direction makes it possible to ventilate the compressor casing optimally by draining around it a flow of air at ambient temperature coming from outside the turbocharger, while pushing back the hot air surrounding it. the turbine casing and thereby preventing it from coming to heat the compressor housing.
  • the ventilation can be provided, totally or in addition to the ventilation system described above, by ventilation means located outside the turbocharger and supplied with energy by an external energy source.
  • said air ventilation means may comprise a fan placed near the compressor housing.
  • the air deflection means comprise a plurality of blades, for example two blades, fixed to the free portion of the shaft, which will be actuated in rotation when the turbocharger is driven by the exhaust gas.
  • the turbocharger according to the invention comprises a protective shell surrounding the free portion of the shaft connecting the turbine to the compressor.
  • a protective shell has a role of protective barrier for the free portion of the shaft which will have a very high speed of rotation during operation of the turbocharger.
  • Such a shell can also cover all the compressor and turbine casings, leaving however openings around the compressor and turbine casings to allow passage of the air flow generated by the deflection means advantageously present air on the free portion of the tree.
  • the shell then acts as a barrier to prevent direct contact between an operator and the housings, in particular the turbine casing which will have a high temperature in operation.
  • the invention relates to a vehicle comprising an internal combustion engine connected to a turbocharger as described above.
  • a plurality of turbochargers according to the invention can also be installed on the same vehicle, according to series or parallel assemblies, for the purpose of optimizing the supercharging performance in the different operating speeds of the engine.
  • the turbine casing of the turbocharger can advantageously be connected to the engine exhaust gas downstream of the catalytic converter.
  • the exhaust gases have indeed a lower temperature at the outlet of the catalytic converter than at the inlet thereof and it has thus been observed that such a configuration was therefore advantageous with a view to minimizing the transfers. of heat to the compressor housing and thus optimize the performance of the turbocharger.
  • FIG 1 shows an embodiment of the turbocharger according to the invention
  • Figure 2 shows an embodiment of a protective shell that can be used with the turbocharger according to the invention
  • FIG. 1 shows an embodiment of the turbocharger according to the invention.
  • the turbocharger is therefore composed of a compressor casing 1 housing a radial compressor and a turbine casing 2 housing a radial turbine.
  • the turbine is connected to the compressor by a shaft 3.
  • the compressor thus draws air 4 intended to be admitted into the engine and after having compressed it therefore sends it to the intake duct of the engine.
  • the turbine is driven by the exhaust gas 5 of the engine.
  • the compressor casing 1 is fixed to the turbine casing 2 by means of a plurality of pillars 6 and fixing plates 7a and 7b fixed to said casings 1 and 2.
  • the shaft 3 comprises a free portion 8 between the two casings 1 and 2.
  • the free portion 8 thus communicates with the outside of the turbocharger.
  • the pillars 6 allow the passage of a flow of air from outside the turbocharger and circulating around the two casings 1 and 2 and along the free portion 8, the pillars 6 allowing a direct contact between the air flow and the free portion 8.
  • the presence of this free portion 8 greatly reduces heat transfer by thermal conduction of the turbine casing to the compressor housing which are observed in the prior art when a central bearing housing is inserted between the two housings and is in contact therewith.
  • the shaft 3 is advantageously supported by two bearings in bearing housings 9a and 9b.
  • the bearing housing 9a is attached to the compressor housing through the attachment plate 7a while the bearing housing 9b is attached to the turbine housing through the attachment plate 7b.
  • the bearings housed by the bearing housings 9a and 9b can be of any type provided that they are adapted to fulfill their role, namely to support and guide in rotation the shaft 3.
  • the bearings can for example be smooth, rolling or leafy.
  • the provision of a lubricant being generally required to ensure the proper functioning of a bearing, inlets and outlets (not shown) for lubricant drainage are advantageously drilled in the bearing housing 9a and 9b.
  • seals are advantageously introduced into the bearing housings 9a and 9b.
  • a lubricating oil conveyed to the turbocharger bearings is first used to lubricate other elements of the internal combustion engine, it is advantageous to provide a cooling system, such as a heat exchanger in the engine. lubricating oil distribution circuit upstream of the turbocharger, in order to minimize the temperature of this lubricating oil at its entry into the turbocharger. It is important to mention that the presence of two dwellings is not strictly necessary. Embodiments in which a single bearing housing is present are also conceivable.
  • the single bearing housing may be the housing 9a or 9b or a bearing housing placed at a more intermediate position between the two housings 1 and 2.
  • the free portion 8 of the shaft 3 of the turbocharger illustrated in FIG. . 1 comprises two blades 10 forming a helix around the shaft 3. These blades therefore constitute air deflection means actuated in rotation and able to generate an air flow 11 along the free portion 8 when the turbocharger is.
  • the geometry of the blades 10 (not shown) is selected to generate a flow of air from the compressor housing to the turbine housing when the turbine and the compressor are rotated.
  • a flow of air flowing in this direction makes it possible to ventilate optimally the compressor casing 1 by draining around it a flow of air at room temperature from outside the turbocharger, while pushing the hot air surrounding the turbine housing 2 and thus preventing it from coming to heat the compressor housing 1.
  • the system according to the invention thus confers on the shaft which connects the compressor to the turbine a new function which is to serve as a rotary support for a fan draining a flow of air around the compressor casing 1.
  • the turbocharger illustrated in Figure 1 advantageously comprises a protective shell 12, here shown transparent for clarity, although an opaque shell can of course be used.
  • Such a shell 12 serves to protect access to the free portion 8 of the shaft 3, and in particular to the blades of 10 fixed to the shaft 3, which will rotate at a very high speed during operation of the turbocharger. When it covers the compressor casings 1 and turbine 2, the shell 12 also acts as a barrier to prevent direct contact between an operator and the housings, in particular the turbine casing which will have a very high temperature in operation .
  • the protective shell 12 may be fixed on the fastening pillars 6 of the turbine casing to the compressor casing, or directly on the turbine casings and compressor, by means of fastening means such as slats 13.
  • the turbocharger according to the invention can also be a variable geometry turbocharger, that is to say provided with a turbine adapted to regulate the flow of exhaust gas, thus adjusting the flow rate to optimize power of the turbine according to the load required.
  • the turbocharger according to the invention may also comprise a plurality of compressors and / or turbines arranged sequentially.
  • the turbocharger may for example comprise a central turbine connected to two compressors, one on each side thereof. A free portion 8 around which can circulate an air flow is then advantageously included on the shaft between the turbine and each of the two compressors.
  • FIG. 2 shows in more detail an embodiment of the hull 12 which can be used with the turbocharger according to the invention.
  • This shell 12 advantageously comprises a portion 14 to surround, at least partially, the compressor casing 1 and a portion 15 to surround, at least partially, the turbine casing 2.
  • These two parts 14 and 15 are advantageously joined in a central region to surround the shaft 3 of the turbocharger and are connected by fastening means, such as fixing rods 16.
  • Part 14 is advantageously a tubular part comprising an inlet opening 14a for the air flow 11 and an opening 14
  • the portion 14 advantageously comprises a frustoconical portion 17.
  • the frustoconical portion 17 is advantageously located between a distal cylindrical portion 18 with a small diameter and a proximal cylindrical portion 19 with a high diameter.
  • Part 15 surrounding the turbine casing 2 is advantageously also a tubular part comprising an inlet hole 20 in which is inserted the distal portion 18 of the portion 14.
  • the attachment means 16 advantageously comprise 4 rods connected to the frustoconical portion 17 of the portion 14 and the walls of the inlet hole 20 of the portion 15.
  • the portion 15 also advantageously comprises an outlet hole 21 for the evacuation of the air flow 11.
  • the distal portion 18 is advantageously inserted into the hole input 20 of the part 15 without contact therewith.
  • the presence of a space between the distal portion 18 and the walls of the inlet hole 20 makes it possible to reduce heat transfer by conduction between the parts 14 and 15 of the protective shell 12.
  • the part 15 at a higher temperature than the part 14, because of the heat transmitted to it by the turbine casing 2. It is therefore desirable to reduce the heat transfer between this part 15 and the part 14 to increase the performance of the turbocharger.
  • a thermally insulating material may also be used to reduce transfers. thermally between the two parts 14 and 15.
  • At least one of the parts 14 and 15 is advantageously made at least partially using a material for reducing the heat transfer by radiation, typically infrared, between the housing.
  • a material for reducing the heat transfer by radiation typically infrared

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Abstract

Turbocompresseur comprenant un compresseur et un carter de compresseur (1) enveloppant ledit compresseur, une turbine et un carter de turbine (2) enveloppant ladite turbine, ledit carter de compresseur (1) comprenant une entrée et une sortie pour l'air (4) admis dans une chambre de combustion d'un moteur, ledit carter de turbine (2) comprenant une entrée et une sortie pour les gaz d'échappement (5), un arbre (3) reliant ladite turbine et ledit compresseur, au moins un palier pour supporter et guider en rotation ledit arbre (3), ledit turbocompresseur comprenant des moyens de fixation (6, 7a, 7b) du carter de turbine (2) au carter de compresseur (1), ledit arbre (3) comprenant une portion libre (8) entre les deux carters (1, 2), lesdits moyens de fixation (6, 7a, 7b) étant aptes à permettre le passage d'un flux d'air circulant le long de ladite portion libre (8) et autour desdits carters de turbine (2) et de compresseur (1).

Description

Turbocompresseur avec un arbre comprenant une portion libre Domaine de l'invention
[1] L'invention se rapporte à un turbocompresseur, en particulier un turbocompresseur pour un moteur à combustion interne. Description de l'art antérieur
[2] Le turbocompresseur est un système de suralimentation abondamment utilisé dans les moteurs à combustion interne en vue d'en augmenter leur puissance. Le principe est d'augmenter la densité de l'air admis dans la chambre de combustion du moteur en le comprimant à l'aide d'un compresseur relié par un arbre à une turbine, elle-même actionnée en rotation par les gaz d'échappement. Pour fonctionner de manière optimale, un turbocompresseur nécessite généralement l'utilisation en aval de celui-ci d'un échangeur de chaleur pour refroidir l'air et donc en accroître encore sa densité, l'air comprimé ayant généralement une température élevée à la sortie du turbocompresseur. De par leur température élevée, les gaz d'échappement constituent la principale source de chaleur à l'intérieur du turbocompresseur. Ces gaz d'échappement sont donc à l'origine d'une augmentation de température non bénéfique à la fois pour l'air comprimé par le turbocompresseur mais aussi pour les paliers de l'axe reliant le compresseur et la turbine.
[3] Le document US2014/0352299 divulgue un turbocompresseur dans lequel un conduit de refroidissement est conçu de manière à acheminer une partie de l'air comprimé dans le compresseur à proximité du palier de l'arbre entre la turbine et le compresseur. Un tel système de refroidissement a donc pour but de refroidir le palier en vue de le préserver de réchauffement dû à la friction de l'arbre dans le palier et aux hautes températures des gaz d'échappement.
[4] Le document US2012/0003081 divulgue également un turbocompresseur dans lequel une chemise de refroidissement est conçue pour amener de l'air comprimé directement issu du compresseur ou en aval de celui-ci dans une cavité en vue de refroidir le palier de l'arbre. Un passage, dans lequel est placé ou non une soupape de surpression, est donc prévu entre l'intérieur du carter de compresseur et la cavité de refroidissement.
[5] Les turbocompresseurs de l'art antérieur dévoilés ci-dessus font donc usage de l'air admis dans le compresseur pour refroidir le ou les paliers supportant l'arbre reliant la turbine au compresseur. Les systèmes dévoilés ci-dessus ne permettent par contre pas de diminuer l'impact négatif du flux de chaleur généré par les gaz d'admission dans la turbine sur l'air admis dans le compresseur.
Résumé de l'invention [6] La présente invention est définie dans la revendication indépendante annexée.
Les modes de réalisations préférés sont définis dans les revendications dépendentes.
[7] Selon un premier aspect, la présente invention se rapporte à un turbocompresseur comprenant un compresseur et un carter de compresseur enveloppant ledit compresseur, une turbine et un carter de turbine enveloppant ladite turbine, ledit carter de compresseur comprenant une entrée et une sortie pour l'air admis dans une chambre de combustion d'un moteur, ledit carter de turbine comprenant une entrée et une sortie pour les gaz d'échappement, un arbre reliant ladite turbine et ledit compresseur, au moins un palier pour supporter et guider en rotation ledit arbre, ledit turbocompresseur comprenant des moyens de fixation du carter de compresseur au carter de turbine, ledit arbre comprenant une portion libre entre les deux carters, lesdits moyens de fixation étant aptes à permettre le passage d'un flux d'air circulant le long de ladite portion libre et autour desdits carters de compresseur et de turbine.
[8] La présence de la portion libre, qui est donc une partie de l'arbre reliant le compresseur à la turbine qui n'est pas enfermée à l'intérieur d'un logement de palier, permet de diminuer la conduction de la chaleur du carter de turbine vers le carter de compresseur classiquement observée dans l'art antérieur. En effet, il a pu être observé que la présence d'un logement de palier entourant la totalité de la portion de l'arbre entre le carter de compresseur et le carter de turbine était à l'origine d'un flux non négligeable de chaleur du carter de turbine, chauffé donc par les gaz d'échappement, vers le carter de compresseur, dans lequel tout accroissement de température est donc néfaste en raison de la diminution de la densité de l'air comprimé qu'il entraine.
[9] La portion libre de l'arbre communique donc directement avec l'extérieur du turbocompresseur car les moyens de fixation du carter de compresseur au carter de turbine permettent le passage d'un flux d'air extérieur autour desdits carters et long de ladite portion libre, avec un contact direct entre le flux d'air et la portion libre. La présence de cette portion libre diminue donc substantiellement les transferts de chaleur par conduction thermique entre les deux carters qui sont observés dans l'art antérieur.
[10] Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de fixation du carter de compresseur au carter de turbine comprennent une pluralité de piliers. [11] Selon un mode de réalisation avantageux, le turbocompresseur comprend deux logements de palier pour supporter l'arbre reliant le compresseur à la turbine, le premier logement de palier se trouvant entre le carter de turbine et la portion libre de l'arbre, le second logement de palier se trouvant entre le carter de compresseur et la portion libre de l'arbre. Le premier logement de palier est fixé au carter de turbine et le second logement de palier est fixé au carter de compresseur. Les premier et second logements de palier supportent donc en rotation l'arbre reliant le compresseur à la turbine et peuvent contenir tout type de palier approprié pour remplir cette fonction, qu'ils soient par exemple des paliers lisses ou à roulement. Les premier et second logement de palier comprennent avantageusement une entrée et une sortie pour recevoir un lubrifiant et des joints d'étanchéité pour empêcher les fuites de lubrifiant vers la portion libre de l'arbre et les carters de turbine et de compresseur.
[12] Selon un mode de réalisation avantageux, la portion libre de l'axe comprend des moyens de déflection d'air, lesdits moyens de déflection d'air étant aptes à générer un flux d'air lorsque ledit arbre est en rotation. Très avantageusement, les moyens de déflection d'air sont aptes à générer un flux d'air circulant dans le sens allant du carter de compresseur vers le carter de turbine. Un flux d'air circulant dans ce sens permet en effet de ventiler de manière optimale le carter de compresseur en drainant autour de lui un flux d'air à température ambiante provenant de l'extérieur du turbocompresseur, tout en repoussant l'air chaud entourant le carter de turbine et en empêchant par conséquent ce dernier de venir chauffer le carter de compresseur. La présence d'une part de la portion libre sur l'arbre reliant le compresseur à la turbine, et d'autre part de moyens de déflection d'air générant un flux d'air du carter de compresseur vers le carter de turbine le long de la portion libre, permet donc un refroidissement optimal du carter de compresseur en diminuant la conduction thermique entre le carter de compresseur et le carter de turbine et en assurant par ailleurs une ventilation efficace de l'air se trouvant à proximité du carter de compresseur. Cela garantit un isolement thermique optimal du carter de compresseur par rapport au carter de turbine. Avec un tel système, il peut être observé que le rendement du moteur relié au turbocompresseur est significativement amélioré et que l'utilisation d'un échangeur de chaleur (« intercooler ») n'est par ailleurs plus obligatoire. Dans d'autres modes de réalisation, la ventilation peut être assurée, totalement ou en complément du système de ventilation précédemment décrit, par des moyens de ventilation se trouvant à l'extérieur du turbocompresseur et alimentés en énergie par une source d'énergie externe. Par exemple, lesdits moyens de ventilation d'air peuvent comprendre un ventilateur placé à proximité du carter de compresseur.
[13] Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de déflection d'air comprennent une pluralité de pales, par exemple deux pales, fixées à la portion libre de l'arbre, qui seront donc actionnées en rotation lorsque le turbocompresseur est animé par les gaz d'échappement.
[14] Selon un mode de réalisation avantageux, le turbocompresseur selon l'invention comprend une coque de protection entourant la portion libre de l'arbre reliant la turbine au compresseur. Une telle coque a un rôle de barrière de protection pour la portion libre de l'arbre qui aura une vitesse de rotation très élevée lors du fonctionnement du turbocompresseur. Une telle coque peut également recouvrir l'intégralité des carters de compresseur et de turbine, en laissant toutefois des ouvertures autour des carters de compresseur et de turbine pour permettre le passage du flux d'air généré par les moyens de déflection d'air avantageusement présent sur la portion libre de l'arbre. Dans ce cas, la coque joue alors un rôle de barrière pour prévenir les contacts directs entre un opérateur et les carters, en particulier le carter de turbine qui aura une température élevée en fonctionnement. La coque de protection peut être fixée sur les moyens de fixation du carter de turbine au carter de compresseur, ou encore directement sur les carters de turbine et de compresseur. [15] Selon un second aspect, l'invention se rapporte à un véhicule comprenant un moteur à combustion interne relié à un turbocompresseur tel que décrit ci-dessus. Une pluralité de turbocompresseurs selon l'invention peut par ailleurs être installée sur un même véhicule, selon des montages en série ou en parallèle, en vue de l'optimisation des performances de suralimentation dans les différents régimes de fonctionnement du moteur. Par ailleurs, dans un véhicule comprenant un turbocompresseur selon l'invention et un un pot catalytique dans son pot d'échappement pour réduire la nocivité des gaz d'échappement, le carter de turbine du turbocompresseur peut avantageusement être raccordé aux gaz d'échappement du moteur en aval du pot catalytique. Les gaz d'échappement ont en effet une température moins élevée à la sortie du pot catalytique qu'à l'entrée de celui-ci et il a donc pu être observé qu'une telle configuration était par conséquent avantageuse en vue de minimiser les transferts de chaleur vers le carter de compresseur et ainsi optimiser les performances du turbocompresseur.
Brève description des figures
[16] Ces aspects de l'invention et d'autres aspects complémentaires seront expliqués plus en détails au moyen d'exemples et par référence au dessin annexé :
La Figure 1 représente un mode de réalisation du turbocompresseur selon l'invention;
La Figure 2 représente un mode de réalisation d'une coque de protection qui peut être utilisée avec le turbocompresseur selon l'invention ;
Les figures ne sont pas dessinée à l'échelle.
Description détaillées de modes de réalisation préférés [17] La Figure 1 représente un mode de réalisation du turbocompresseur selon l'invention. Le turbocompresseur est donc composé d'un carter de compresseur 1 abritant un compresseur radial et d'un carter de turbine 2 abritant une turbine radiale. La turbine est reliée au compresseur par un arbre 3. Le compresseur aspire donc l'air 4 destiné à être admis dans le moteur et après l'avoir comprimé l'envoie donc vers le conduit d'admission du moteur. La turbine est quant à elle animée par les gaz d'échappement 5 du moteur. Le carter de compresseur 1 est fixé au carter de turbine 2 par l'intermédiaire d'une pluralité de piliers 6 et de plaques de fixation 7a et 7b fixées auxdits carters 1 et 2. L'arbre 3 comprend une portion libre 8 entre les deux carters 1 et 2.
[18] La portion libre 8 communique donc avec l'extérieur du turbocompresseur. En particulier, les piliers 6 permettent le passage d'un flux d'air provenant de l'extérieur du turbocompresseur et circulant autour des deux carters 1 et 2 et le long de la portion libre 8, les piliers 6 permettant un contact direct entre le flux d'air et la portion libre 8. La présence de cette portion libre 8 diminue fortement les transferts de chaleur par conduction thermique du carter de turbine vers le carter de compresseur qui sont observés dans l'art antérieur lorsqu'un logement de palier central est inséré entre les deux carters et est en contact avec ceux-ci.
[19] L'arbre 3 est avantageusement supporté par deux paliers se trouvant dans des logements de palier 9a et 9b. Le logement de palier 9a est fixé au carter de compresseur par l'intermédiaire de la plaque de fixation 7a tandis que le logement de palier 9b est fixé au carter de turbine par l'intermédiaire de la plaque de fixation 7b. Les paliers abrités par les logements de palier 9a et 9b peuvent être de n'importe quel type pourvu qu'ils soient adaptés à remplir leur rôle, à savoir supporter et guider en rotation l'arbre 3. Les paliers peuvent par exemple être lisses, à roulement ou encore à feuilles. Par ailleurs, l'apport d'un lubrifiant étant en général requis pour assurer le bon fonctionnement d'un palier, des entrées et des sorties (non représentées) pour le drainage en lubrifiant sont avantageusement percées dans les logements de palier 9a et 9b. Pour éviter les fuites de lubrifiant vers la portion libre 8 et les carters de compresseur et de turbine 1 et 2, des joints d'étanchéité (non représentés) sont avantageusement introduits dans les logements de palier 9a et 9b. Par ailleurs, lorsqu'une huile lubrifiante acheminée vers les paliers du turbocompresseur est d'abord utilisée pour lubrifier d'autres éléments du moteur à combustion interne, il est avantageux de prévoir un système de refroidissement, tel qu'un échangeur de chaleur dans le circuit de distribution de l'huile lubrifiante en amont du turbocompresseur, en vue de minimiser la température de cette huile lubrifiante à son entrée dans le turbocompresseur. Il est de plus important de mentionner que la présence de deux logements de palier n'est pas strictement nécessaire. Des modes de réalisation dans lesquels un unique logement de palier est présent sont aussi envisageables. L'unique logement de palier peut être le logement 9a ou 9b ou encore un logement de palier placé à une position plus intermédiaire entre les deux carters 1 et 2. [20] La portion libre 8 de l'arbre 3 du turbocompresseur illustré la Fig. 1 comprend deux pales 10 formant une hélice autour de l'arbre 3. Ces pales constituent donc des moyens de déflection d'air actionnés en rotation et aptes à générer un flux d'air 11 le long de la portion libre 8 lorsque le turbocompresseur est animé par les gaz d'échappement 5. La géométrie des pales 10 (non représentée) est choisie de manière à générer un flux d'air allant du carter de compresseur vers le carter de turbine lorsque la turbine et le compresseur sont animés en rotation. Un flux d'air circulant dans ce sens permet en effet de ventiler de manière optimale le carter de compresseur 1 en drainant autour de lui un flux d'air à température ambiante provenant de l'extérieur du turbocompresseur, tout en repoussant l'air chaud entourant le carter de turbine 2 et en l'empêchant par conséquent de venir chauffer le carter de compresseur 1. Le système selon l'invention confère donc à l'arbre qui relie le compresseur à la turbine une nouvelle fonction qui est de servir de support rotatif à un ventilateur drainant un flux d'air autour du carter de compresseur 1. La présence d'une part de la portion libre 8 sur l'arbre 3, et d'autre part de moyens de déflection d'air générant un flux d'air du carter de compresseur 1 vers le carter de turbine 2 le long de la portion libre 8, offre donc un refroidissement optimal du carter de compresseur 1 en diminuant la conduction thermique entre le carter de compresseur 1 et le carter de turbine 2 et en assurant par ailleurs une ventilation efficace de l'air se trouvant à proximité du carter de compresseur 1. Avec un tel système, il peut être observé que le rendement du moteur relié au turbocompresseur est significativement amélioré et que l'utilisation d'un échangeur de chaleur, de type « intercooler » par exemple, n'est par ailleurs plus obligatoire. [21] Le turbocompresseur illustré à la Figure 1 comprend avantageusement une coque de protection 12, ici représentée transparente pour plus de clarté, bien qu'une coque opaque puisse bien sûr être utilisée. Une telle coque 12 a pour fonction de protéger l'accès à la portion libre 8 de l'arbre 3, et en particulier aux pales de 10 fixées à l'arbre 3, qui tourneront à très grande vitesse lors du fonctionnement du turbocompresseur. Lorsqu'elle recouvre les carters de compresseur 1 et de turbine 2, la coque 12 joue alors également un rôle de barrière pour prévenir les contacts directs entre un opérateur et les carters, en particulier le carter de turbine qui aura une température très élevée en fonctionnement. La coque de protection 12 peut être fixée sur les piliers de fixation 6 du carter de turbine au carter de compresseur, ou encore directement sur les carters de turbine et de compresseur, par l'intermédiaire de moyens de fixation tels que des lattes 13. La coque de protection
12 laisse toutefois des ouvertures autour des carters de compresseur 1 et de turbine 2 pour permettre le passage du flux d'air 11. L'air 11 évacué autour du carter de turbine 2 peut par ailleurs être récupéré par un système de récupération de chaleur et servir à chauffer certains composants ou zones du véhicule. [22] Le turbocompresseur selon l'invention peut par ailleurs être un turbocompresseur à géométrie variable, c'est-à-dire muni d'une turbine apte à réguler la circulation des gaz d'échappement, en ajustant ainsi le débit afin d'optimiser la puissance de la turbine en fonction de la charge demandée. Le turbocompresseur selon l'invention peut par ailleurs comporter une pluralité de compresseurs et/ou de turbines arrangés séquentiellement. Le turbocompresseur peut par exemple comprendre une turbine centrale reliée à deux compresseurs, un de chaque coté de celle-ci. Une portion libre 8 autour de laquelle peut circuler un flux d'air est alors avantageusement incluse sur l'arbre entre la turbine et chacun des deux compresseurs.
[23] La Figure 2 représente de manière plus détaillée un mode de réalisation de la coque 12 qui peut être utilisée avec le turbocompresseur selon l'invention. Cette coque 12 comprend avantageusement une partie 14 pour entourer, au moins partiellement, le carter de compresseur 1 et une partie 15 pour entourer, au moins partiellement, le carter de turbine 2. Ces deux parties 14 et 15 se rejoignent avantageusement dans une région centrale pour entourer l'arbre 3 du turbocompresseur et sont reliées par des moyens de fixation, tels que des tiges de fixation 16. La partie 14 est avantageusement une partie tubulaire comprenant une ouverture d'entrée 14a pour le flux d'air 11 et une ouverture de sortie 14b pour la sortie de ce flux d'air 11. La partie 14 comprend avantageusement une portion tronconique 17. La portion tronconique 17 est avantageusement située entre une portion cylindrique distale 18 avec un diamètre faible et un une portion cylindrique proximale 19 avec un diamètre élevé. La partie 15 entourant le carter de turbine 2 est avantageusement aussi une partie tubulaire comprenant un trou d'entrée 20 dans lequel est inséré la portion distale 18 de la partie 14. Les moyens de fixation 16 comprennent avantageusement 4 tiges reliées à la portion tronconique 17 de la partie 14 et aux parois du trous d'entrée 20 de la partie 15. La partie 15 comprend également avantageusement un trou de sortie 21 pour l'évacuation du flux d'air 11. La portion distale 18 est avantageusement insérée dans le trou d'entrée 20 de la partie 15 sans contact avec celle- ci. La présence d'un espace entre la portion distale 18 et les parois du trou d'entrée 20 permet en effet de réduire les transferts de chaleur par conduction entre les parties 14 et 15 de la coque de protection 12. En fonctionnement, la partie 15 a une température plus élevée que la partie 14, de par la chaleur qui lui est transmise par le carter de turbine 2. Il est donc souhaitable de réduire les transferts de chaleur entre cette partie 15 et la partie 14 pour augmenter les performances du turbocompresseur. A la place d'un espace entre la portion distale 18 de la partie 14 et les parois du trou d'entrée 20 de la partie 1 , un matériau isolant thermiquement peut également être utilisé pour réduire les transferts thermiques entre les deux parties 14 et 15. Par ailleurs, au moins une des parties 14 et 15 est avantageusement réalisée au moins partiellement à l'aide d'un matériau permettant de diminuer les transferts de chaleur par rayonnement, typiquement infrarouge, entre le carter de turbine 2 et le carter de compresseur 1. La présence d'un tel matériau présentant un niveau avantageux d'opacité au rayonnement, typiquement infrarouge, permet en effet d'encore accroître les performances du turbocompresseur utilisé en combinaison avec la coque de protection 12, car les transferts de chaleur entre le carter de turbine 2 et le carter de compresseur 1 sont encore réduits de par sa présence.

Claims
Revendications
Turbocompresseur comprenant un compresseur et un carter de compresseur (1) enveloppant ledit compresseur, une turbine et un carter de turbine (2) enveloppant ladite turbine, ledit carter de compresseur (1) comprenant une entrée et une sortie pour l'air
(4) admis dans une chambre de combustion d'un moteur, ledit carter de turbine (2) comprenant une entrée et une sortie pour les gaz d'échappement
(5), un arbre (3) reliant ladite turbine et ledit compresseur, au moins un palier (9a, 9b) pour supporter et guider en rotation ledit arbre (3), ledit turbocompresseur comprenant des moyens de fixation (6, 7a, 7b) du carter de compresseur (1) au carter de turbine (2),
caractérisé en ce que ledit arbre (3) comprend une portion libre (8) entre les deux carters (1, 2), lesdits moyens de fixation (6, 7a, 7b) étant aptes à permettre le passage d'un flux d'air circulant le long de ladite portion libre (8) et autour desdits carters de compresseur (1) et de turbine (2).
Turbocompresseur selon la revendication 1 dans lequel la portion libre (8) de l'arbre (3) comprend des moyens de déflection d'air (10), lesdits moyens de déflection d'air (10) étant aptes à générer un flux d'air lorsque ledit arbre (3) est en rotation.
Turbocompresseur selon la revendication 2 dans lequel les moyens de déflection d'air (10) sont aptes à générer un flux d'air circulant dans le sens allant du carter de compresseur (1) vers le carter de turbine (2).
Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 dans lequel les moyens de déflection d'air comprennent des pales (10) fixée audit arbre (3).
Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel une coque de protection (12) est fixée autour dudit carter de compresseur (1), dudit carter de turbine (2) et de ladite portion libre (8) de l'arbre (3).
6. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de fixation du carter de compresseur (1) au carter de turbine (2) comprennent une pluralité de piliers (6).
7. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un premier logement de palier (9a) se trouvant entre le carter de compresseur (1) et la portion libre (8) de l'arbre et un second logement de palier (9b) se trouvant entre le carter de turbine (2) et la portion libre de l'arbre (8).
8. Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion interne relié à un turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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