Brevet FR2395414A1 — publié le 19790119

La présente invention se rapporte à un dispositif d'étanchéité pour turbocompresseur et plus particulièrement une structure pour empêcher le passage non désiré d'huile de lubrification dans la chambre du compresseur du turbocompresseur. L'invention se rapporte a un perfectionnement représenté dans la demande de brevet américain associée nO 594,646 déposée le. 10 juillet 1975 au nom du même cédant Charles R. Sarle. Un turbocompresseur est un appareil pour utiliser l'énergie des gaz d'échappement d'un moteur a combustion interne. En général un turbocompresseur consiste en deux roues montées aux extrémités opposées d'un arbre commun Chaque roue tourne dans sa propre chambre, cavité ou boîtier du carter du turbocompresseur. Une roue, la turbine, fonctionne comme un moteur à fluide. Les gaz d'échappement venant du moteur frappent la roue, passent autour et dans les aubages de la roue, se détendent et vont dans une chambre d'échappement. Cette action s'accompagne d'une force de mise en rotation appliquée aux aubages pour ainsi faire tourner la roue motrice et l'arbre sur lequel elle est fixée. A l'autre extrémité de l'arbre commun, l'autre roue, appelée la roue de pompe ou la roue de compresseur, fonctionne pour entraîner a l'intérieur l'air ambiant, pour augmenter sa vitesse et sa densité et le faire sortir dans une chambre de pression dans laquelle son énergie est supérieure a celle de l'air ambiant.Cet air qui a une pression plus élevée peut être utilisé de nombreuses façons, comme par exemple pour augmenter le débit d'air dans le moteur afin d'augmenter sa puissance ou pour entraîner une pompe auxiliaire d'une espèce quelconque. Un des autres buts est l'utilisation de l'air sortant de la roue de pompe pour transporter des matériaux. Une telle pompe auxiliaire peut entraîner une circulation de matériau granulaire dans une canalisation ou une conduite. Une structure courante de turbocompresseur comprend une canalisation d'huile dirigée dans le carter du turbocompresseur en alimentant les paliers disposés- le long de la partie centrale ou intermédiaire de l'arbre commun, puis tombant dans la partie inférieure du carter et allant ensuite dans un carter a huile. Le carter à huile est souvent simplement constitué par le carter du moteur. De cette façon, il y a une circulation continue de l'huile de lubrification depuis une chambre d'alimentation en huile jusqu'aux paliers du turbocompresseur et ensuite jusqu'au carter a huile. I1 est clair que l'établissement d'une pression dans la partie échappement d'huile de ce circuit hydraulique est S éviter. Si la pression d'huile devient suffisamment élevée dans la partie échappement, une partie de l'huile peut tendre a pénétrer a travers la surface d'étanchéité irmnédiatement adjacente a l'une ou aux deux roues et en conséquence il se peut qu'un peu de cette huile s'infiltre travers ces joints d'étanbhéité et ainsi se mélange aux conduites hydrauliques associées aux roues. Selon l'expérience tirée de l'invention décrite dans la demande de brevet de Sarle, déjà citée, on évite une création significative de pression d'huile dans la partie échappement de la conduite de lubrification du turbocompresseur en utilisant un orifice de soutirage ou de suintement dans un joint qui est associé a la roue formant la turbine. Dans le cas o-W la roue formant la turbine est entraînée par des gaz d'échappement a pression relativement élevée, on permet a une partie des gaz d'échappement a pression élevée de s'échapper par l'orifice de soutirage ménagé dans le joint et de la, d'aller dans la partie échappement de la chambre de lubrification dans le carter principal.Grâce å cette structure, la circulation d'huile depuis l'échappement jusqu'au carter d'huile est assistée en raison de la tendance qu'ont les gaz d'échappement soutirés 2 entraîner l'huile d'échappement dans la même direction en allant vers le carter, en raison d'une pression différentielle. La présente invention est un perfectionnement a la constitution du système Sarle déjà cite. Selon la présente invention, on empêche de plus l'huile de lubrification de passer dans la chambre du compresseur au moyen d'une structure d'étan chéité tournante. Le joint tournant particulier employé agit de la façon indiquée seulement sous l'effet de certaines conditions de pression dans le turbocompresseur, a savoir des conditions dans lesquelles la pression dans la chambre du compresseur ou carter est inférieure a la pression dans la chambre de la conduite d'huile.Dans ces conditions le frottement ou le contact d'étan chiite se produit entre un disque flexible d'étanchéité et ses surfaces d' étanchéité associées pour empêcher la circulation d'huile déjà mentionnée l'intérieur de la chambre du compresseur. Cependant, dans les conditions de pression normalement rencontrEes, le disque d'étanchéité est écarté des surfaces d'étanchéité par l'air soutiré de la chambre du compresseur. Ainsi, les pertes de puissance et l'usure par friction provoquées par le frottement du disque d'étanchéité contre les surfaces d'étanchéité associées ne sont créées que lorsque l'action dtetancheite est nécessaire pour le turbocompresseur. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle et schématique en coupe montrant la structure de l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie de la région 2 de la figure 1, et - la figure 3 est une vue similaire å celle de la figure 2, et montrant une variante. En se référant maintenant aux dessins, la référence 10 désigne d'une façon générale un turbocompresseur qui comprend un carter principal comportant un carter de compresseur 12 et un carter de turbine 14. Le carter 14 constitue la partie roue motrice ou turbine et il comprend une chambre d'entrée 16 raccordée a la chambre de sortie 18 qui a son tour communique avec la buse de sortie 20, le raccordement se faisant par les espaces entre les aubages de la roue 22 formant la turbine. L'arbre 24 est couplé d la roue 22, et a son autre extrémité il est couplé a une pompe a air ou roue de compresseur 26. Les roues 22 et 26 ont des structures similaires, chacune ayant une pluralité d'aubages incurvés bien connus dans la technique. La référence 28 désigne une buse d'entrée d'air dans le carter de compresseur 12, la buse communiquant avec la chambre annulaire de sortie 30. La référence 40 désigne la partie centrale du carter du turbocompresseur et, cette partie comprend une chambre 47 de lubrification disposée d'une façon centrale et dans laquelle sont placés des assemblages 44 formant des paliers pour supporter l'arbre commun dans le turbocompresseur. Le passage de lubrification 46 communique avec un moyen externe d'alimentation en un lubrifiant tel que de l'huile, l'huile circulant dans le passage 46, dans les passages associés avec les structures 44 formant paliers pour l'arbre et de a elle sort par les orifices 48 dans l'extrémité d'entrée du carter d'huile ou dans la conduite d'échappement d'huile 50. A son tour la conduite 50 s'étend de la partie inférieure du turbocômpresseur vers un bottier d'huile tel qu'un carter. La référence 60 désigne un joint d'étanchéité du type "segment de piston" logé dans une gorge ménagée dans une entretoise annulaire portée par l'arbre 24. Un joint d'étanchéité correspcndant référencé 62 est situé dans la partie droite de l'ensemble qui comprend l'arbre commun 24 et qui est adjacent & la roue motrice 22. Le joint d'étanchéité 62 est disposé entre la région 63 qui communique avec la chambre 42 et la cavité du carter 14 dans laquelle tourne la roue 22. Le fonctionnement du système décrit jusqu'ici est le suivant. Le turbocompresseur commence a fonctionner grâce a la roue 22 qui est heurtée dans la chambre d'entrée 16 par les gaz d'échappement venant du moteur par I'intermédiaire de moyens de couplage convenables non représentés. Les gaz d'échappement font tourner la roue 22, et sortent par la buse 20 d'ou ils passent ensuite dans l'atmosphère. La rotation de la roue motrice 22 produit une rotation correspondante de la roue de compresseur 26, cette dernière fonctionnant, par exemple, comme une pompe a air ainsi qu'on la indiqué précédemment.Simultanément, l'huile de lubrification est amenée depuis une source d'alimentation convenable dans le passage 46 d'où elle passe (comme cela est indiqué par les flèches) dans les organes formant paliers 44 qui supportent la partie centrale de l'arbre commun 24. Après être passé a travers les éléments constituant les paliers1 le lubrifiant sort par les ouvertures 48 et de ld dans la partie inférieure de la chambre 42 puis dans la partie supérieure de la conduite 50. De façon idéale le lubrifiant, sans plus, devrait simplement tomber sous l'effet de la gravité ou par différence de pression dans la conduite .50-. Pendant le fonctionnement normal, il existe une fuite de gaz de la chambre ou carter du compresseur 30 vers la chambre 42 à travers le joint d'étanchéité 60. De même, il se~produit une fuite a travers le joint d'étanchéité 62 pour permettre au gaz de passer de la chambre 16 dans la chambre internédiaire 42. Cependant il existe des conditions qui peuvent se produire en cours de fonctionnement, conditions qui dépendent par exemple de l'utilisation qui est faite du turbocompresseur, dans lesquelles il se produit des conditions de vide relatif dans la chambre 30 du compresseur. Dans de telles conditions, les vapeurs ou les fluides dans la chambre 42 auront tendance a passer de la droite vers la gauche, travers le joint d'étanchéité 60 et ainsi a passer dans la chambre de sortie 30 du compresseur. Cela n'est pas souhaitable car une telle circulation entraînerait avec elle de l'huile de lubrification ainsi que n'importe quel gaz d'échappement de la chambre d'échappement 16 de la partie turbine du turbocompresseur.Selon la mise en oeuvre de la présente invention, un joint d'étanchéité supplementaiae est ménagé, joint qui empêche un tel passage dans la chambre de sortie 30 du compresseur. Le joint d'étanchéité n'agit que lorsqu'il y a de telles conditions de vide relatif dans la chambre 30. Durant les autres périodes, le contact avec frottement entre la partie immobile du joint d'étanchéité et la partie tournante du joint d'étanchéité ne se produit pas, car une circulation d'air de la chambre 30 a travers le joint 60 et entrant dans la chambre 42 pousse la partie 90 (voir figure 2) du disque flexible 88 vers la droite en supprimant le contact avec frottement. Des joints qui ne sont pas toujours dans une position correspondant à l'étanchéité sont connus.Par exemple les brevets US suivants illustrent de tels joints d'étanchéité : nO 1.782.658 de Joyce, nO 2.258.527 de Warman, nO 2.875.696 de Von Zborowski, nO 2.898.132 de Guerin, nO 2.973.136 de Greenwald, nO 3.228.342 de Page et nO 3.780.791 de Barnard. Cependant le joint d'étanchéité de la présente invention a une structure et présente une coopération de ses éléments qui ne sont pas connus dans l'état de la technique. En se référant maintenant a la figure 2 des dessins, la référence 80 désigne une entretoise cylindrique qui ne peut pas tourner par rapport a l'arbre 24. Ladite entretoise peut être fixée sur l'arbre 24, par exemple, par une clavette. La référence 82 désigne une pièce annulaire insérée reliée de façon convenable au boitier des paliers et présentant une ouverture centrale 84 qui reçoit l'entretoise annulaire 80 qui ne peut pas tourneur. Le lecteur remarquera un jeu radial entre la périphérie externe de l'entretoise 80 et la surface 84. La référence 86 désigne un anneau de retenue en coussinet annulaire retenant un anneau qui est inséré dans la pièce 82 par exemple par un emmanchement a la presse, l'anneau solidarisant la périphérie externe du disque flexible 88 avec la pièce 82. La référence 90 désigne une partie annulaire interne et d'épaisseur accrue du disque 88, et le lecteur remarquera une ouverture centrale dans le disque å travers laquelle passe une partie de l'entretoise cylindrique 80.-Un anneau de butée 92 est fixe sur l'arbre 24 de façon non-tournante et il définit avec l'entretoise 80 une cavité annulaire qui reçoit la partie 90 interne selon le rayon et une ouverture dans le déflecteur d'huile 59. Selon la configuration représentée sur la figure 2, le disque flexible 88 s'étend affleurant la surface annulaire de la pièce insérée 82 (celle-ci constituant une partie du carter) ainsi que la surface s'étendant radialement de l'entretoise 8o. Ainsi, la partie en surépaisseur 90 du disque flexible 88 recouvre le jeu entre l'entretoise 80 et l'ouverture 84. Cependant, en fontionnement normal du turbocompresseur, et comme on l'a déjà indiqué, la fuite du joint 60 (du type "segment de piston") dans l'entretoise 80 venant de la chambre de sortie 30 du compresseur pousse vers la droite la partie interne 90 du joint 88, comme cela est visible sur les figures 1 et 2, afin de permettre ainsi a l'air de passer dans la zone 61 de la partie 42 formant cavité et de la dans le carter par 11 intermédiaire de la conduite 50. En conséquence, il n'y a normalement aucun contact de friction entre l'entretoise- 80 et la partie 90 du joint 88. Cependant si les conditions de pression normalement rencontrées sont inversées, par exemple par un vide relatif dans la chambre de sortie 30, la circulation du fluide se fera à partir de la chambre 42, 47 vers la gauche comme cela est visible sur la figure 2. Cela entraîne que le disque flexible d'étanchéité 88 réalise la configuration illustrée et un contact avec friction et frottement se produit entre la partie 90 du joint et la face indiquée de l'entretoise 80 qui s'étend radialement. La circulation de gaz de la droite vers la gauche, dans la chambre 30 de compresseur est ainsi évitée. En se référant maintenant à la figure 3 des dessins, une variante est représentée. Celle-ci est sensiblement la même que le mode de réalisation des figures 1 et 2, l'exception. de l'adjonction d'une mince rondelle faite en acier pour cales. La rondelle est référencée 94 sur la figure 3 et est placée contre une des faces du diaphragme flexible 88 en plastique du cOté de la-roue de turbine. La partie annulaire élargie et adjacente 90 du diaphragme 88 est maintenant située vers le cOté compresseur du turbocompresseur. Le mode général de fonctionnement est le même que celui qui a été précédemment décrit. Le but de cette rondelle 94 est d'ajouter de la rigidité au diaphragme 88.Durant le fonctionnement normal du turbocompresseur dans le cadre vise d'une automobile, le rapport des pressions du compresseur entre l'entrée et la sortie est d'environ 3 et la température des gaz comprimés dans la chambre 30 du compresseur peut être de l'ordre de 93 a 1490C. Comme on l'a expliqué précédemment une partie des gaz comprimés trouve son chemin a travers le joint 60 et repousse le diaphragme 88 de telle façon qu'une partie des gaz trouve un chemin vers l'intérieur du turbocompresseur, tout cela ayant déjà été décrit.Avec de telles températures élevées et du fait du déplacement vers la droite (comme cela est représenté sur les figures 2 et 3) du diaphragme 88, il est important d'empêcher toute déformation plastique du diaphragme et également de maintenir le diaphragme très près du manchon 80, de telle façon que sous l'effet du renversement des conditions de pression, le diaphragme se déplace vers la gauche comme cela est visible sur les figures 2 et 3, tout cela ayant déja été expliqué. Grâce a l'utilisation d'une rondelle séparée faite avec une cale en acier, la rigidité du diaphragme plastique 88 peut être augmentée jusqu'à n'importe quelle valeur désirée en faisant simplement varier l'épaisseur de la rondelle. Selon un mode typique de réalisation de l'invention, une telle cale en acier peut avoir une épaisseur aprroximative de 25 centièmes de millimètre et un diamètre d'environ 38 millimètres, l'ouverture dans la rondelle recevant le prolongement du manchon 80 ayant un diamètre d'environ 14,2 millimètres. Le diaphragme 88 peut par exemple être réalisé en un matériau tel que le polyimide. r REVENDICATIONS 1. Structure d'étanchéité pour l'arbre tournant dtun turbocompresseur, ledit turbocompresseur comprenant un carter de compresseur, un carter de turbine1 et un carter pour paliers disposé entre le carter de compresseur et le carter de turbine, ledit arbre portant une roue de compresseur montée a une extrémité de l'arbre tournant et logée dans le carter de compresseur, l'autre extrémité de l'arbre portant une roue de turbine logée dans le carter de turbine et apte a être entraînée par les gaz d'échappement d'un moteur a combustion interne, un passage d'entrée et de sortie d'huile de lubrification pour les éléments de paliers logés dans une chambre pour paliers dans un carter de paliers pour permettre a l'huile de lubrifier l'arbre tournant, de l'air s'écoulant normalement du carter de compresseur dans la chambre pour paliers, ladite structure étant caractérisée en ce qu'elle comprend un joint d'étanchéité 9 l'extrémité de l'arbre correspondant au compresseur, le joint d'étanchéité comprenant un disque flexible a orifice central dont la partie périphérique externe est fixe par rapport au carter de paliers, une entretoise cylindrique portée par l'arbre et comportant une face annulaire s'étendant radialement qui a le même axe que la face annulaire s'étendant radialement du carter de paliers, l'entretoise cylindrique tournant avec l'arbre par rapport a la face annulaire fixe dudit carter, un jeu radial entre ladite entretoise et le carter, le disque flexible recouvrant ledit jeu, des gaz étant normalement soutirés de la partie compresseur du turbocompresseur et agissant sur le disque flexible pour l'carter et supprimer le contact avec la surface s'étendant radialement de l'entretoise, de telle façon que, dans des conditions où il y a un vide dans la partie compresseur du turbocompresseur, le disque flexible soit appliqué contre la surface de l'entretoise s'étendant radialement et qu'en conséquence cela empêche l'huile de lubrification de passer a l'intériéur du carter de compresseur a partir du carter de paliers. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une rondelle de rigidification disposée contre une des faces du disque flexible, du cgté de la roue de turbine par rapport audit disque, pour augmenter la rigidité du disque vis-a-vis d'un mouvement de flexion de la partie centrale et alésée du disque en direction de la roue de turbine. 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite rondelle de rigidification est en métal.