Brevet FR2451997A1 — publié le 19801017

Rotor pour turbocompresseur à suralimentation pour gaz d'échappement et procéde pour sa fabrication. L'invention a pour objet un rotor pour turbocompresseur à suralimentation pour gaz d'échappement, comportant une roue de compresseur et une roue de turbine. De tels rotors sont constitués habituellement par une roue à réaction sur laquelle agissent les gaz d'échappement d'un moteur à combustion et par une roue de compresseur disposée sur le même arbre et qui effectue une précompression de l'air aspiré par le moteur. En raison des températures élevées des gaz d'êchappement, il faut utiliser pour la roue de turbine des ma tières hautement réfractaires. Par contre, pour la rote de compresseur, on peut utiliser des matières moins résistantes à la chaleur. On connaît des rotors dans lesquels la roue de turbine est en alliage à base de nickel, tandis que la roue de compresseur est réalisée en alliage d'aluminium. Le moment d'inertie d'ensemble du rotor, comprenant la roue de turbine, la roue de compresseur et l'arbre inter médiaire, détermine le comportement d'accélération du moteur a combustion. Pour obtenir le moment d'inertie le plus faible possible et pour des raisons d'economie, il est souhaitable de construire un rotor le plus léger possU'.e. C'est poulquo- on a fabriqu; jusqu'à ma,nXer.a;,t la roue de compresseur en alliage d'aluminium. La fabrication du rotor est cependant onéreuse parce que la roue de turbine et la roue de compresseur doivent être fabriquées séparément par moulage de précision et doivent être montées pour constituer une unité ou être assemblées d'une autre façon. En conséquence, l'invention a pour but de créer un rotor pour turbocompresseur de suralimentation pour gaz d'échappement du type indiqué dans le préambule et qui ait un poids minimal avec, par suite, un moment d'inertie minimal. On doit obtenir en même temps des frais de fabrication réduits. L'invention concerne à cet effet un rotor du type ci-dessus, caracterisé par sa constitution en tant qu'élement de construction homogène en une seule piece en matière céramique à base de silicium telle que, par exemple, le nitrure de silicium ou le carbure de silicium. Les avantages d'un rotor ainsi constitué résident en ce que, par suite du poids specifique très fortement réduit de la matière céramique par rapport à celui des alliages métalliques hautement réfractaires, on peut obtenir un faible moment d'inertie de ce rotor. Simultanement, les frais de fabrication sont reduits par rapport aux rotors connus par suite de la réalisation horrogène de l'ensemble du rotor en matière céramique à base de silicium. En raison de la constitution homogène du rotor, on peut en outre donner à celui-ci une forme de construction simplifiée par rapport aux réalisations connues. Une telle forme de construction est caractérisée en ce que, par sa constitution en tant qu'élément de construction homogène en une seule piece, en matière céramique à base de silicium telle que le nitrure de silicium ou le carbure de silicium, il comporte un disque central commun pour les aubes de turbines et les aubes de compresseur. Avet cette forme de construction simplifiée, on peut faire l'économie de l'arbre intermédiaire disposé entre la roue de turbine et la roue de compresseur. De plus, on économise encore un disque de roue.Ainsi, cn peut egalement reuu-ire consioeraDlëTIert le poins ti' ensemble du rotor et donc åor,.noment d' inertie. Enfin, un autre avantage de la réalisation en matière ceramique d'un rotor pour turbocompresseurs à suralimentation pour gaz d'echappement consiste en ce que ce rotor peut être monté pour tourner dans des paliers à coussin d'air sans interposition de bagues de roulement. Ce type de palier est particulièrement avantageux compte tenu des vitesses de rotation élevées de tels rotors ainsi que des températures elevées qui règnent au moins dans le domaine de la turbine. Le montage du rotor sur coussin d'air est rendu possible par les propriétés particulièrement bonnes des matières ceramiques à base de silicium. L'invention se rapporte en outre à un procédé pour fabriquer un rotor du type spécifie ci-dessus, ce procédé etant caractérisé en ce qu'on a recours au moulage par injection. Dans sa mise en application pour la fabrication en série des rotors, ce procédé est superieur aux procédés de moulages de précision classiques que l'on utilise pour les rotors métalliques. Un mode de réalisation préférentiel d'un tel procede de fabrication est caractérisé en ce qu'il consiste a) - à mélanger de la poudre de matière ceramique (Si, SiC ou Si3N4) avec une matiere thermoplastique; b) - à realiser un élément moule par moulage par Injection suivant la technologie générale usuelle pour les matières plastiques; c) - à éliminer par combustion, à une temperature de 600"C environ, les constituants thermoplastiques de l'élément moulé; d) - à effectuer suivant la matière de départ, une nitruration (Si en Si3N4) de 11000C à 15000C ou un frittage (SiC ou Si3N4) de 19000C à 23000C Les matières cêrarnques de départ, de préférence du silicium-et du carbure de silicium, sont mélangees sous forme pulvérulente avec les matières thermoplastiques servant de liant, pour que Iron puisse les façonner suivant le procédé de moulage par injection. Après l'élimination par combustion du liant thermoplastique, on doit compacter le corps moulé poreux et fragile qui n'est forme que par une matiere liée de façon très lâche. Ce compactage est effectue dans le cadre d'ún procéde de frittage.Si le corps moulé poreux est en silicium, le compactage est obtenu par nitruration et transformation du silicium en nitrure de silicium. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés representant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la Fig. 1 représente un rotor avec un disque central commun; - la Fig. 2 représente un rotor avec un arbre intermédiaire. Conformément à la Fig. 1, le rotor comporte un disque central commun 2 pour les aubes de turbine 3 et les aubes de compresseur 5. Le montage en rotation de ce rotor est assure dans des paliers 7 et 9 à coussin d'air disposes aux deux extrémités du rotor. La Fig. 2 représente un rotor conforme à l'invention, realisé sous forme d'un élement de construction homogene en une seule pièce, mais suivant une construction classique avec un arbre intermédiaire 1. A l'une des extrémites de l'arbre intermédiaire I est dispose un disque 12 avec des aubes de turbine 13. A l'autre extrémité de l'arbre 1 est disposé un disque 22 avec des aubes de compresseur 15. Le montage en rotation est assuré soit entre les deux disques 12, 22, dans des paliers 14, 16, soit, conformément à l'exemple de realisation suivant la Fig. 1, aux deux extrémités du rotor,dans des paliers 17, 19. REVENDICATIONS 1 ) - Rotor pour turbocompresseurs à suralimentation pour gaz d'échappement, comportant une roue de compresseur et une roue de turbine, rotor caractérisé en ce qu'il est constitué par un élément de construction homogène en une seule pièce (2,3 5,1, 12, 22, 13, 15), en matière céramique à base de silicium telle que le nitrure de silicium (Si3N4) ou le carbure de silicium (SiC). 2 ) - Rotor selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il comporte un disque central commun (2) pour les aubes de turbines (3) et les aubes de compresseur (5). 3 ) - Procédé pour fabriquer un rotor selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on a recours au moulage par injection. 40) - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste a) - à mélangerde la poudre de matière céramique (Si, SiC ou Si3N4) avec une matiere thermoplastique; b) - à réaliser un élément moulé par moulage par injection suivant la technologie générale usuelle pour les matières plastiques; c) - à éliminer par combustion à une température de 600 C environ les constituants thermoplastique; de l'élément ule; d) - à effectuer suivant a matière de départ une nitruration (Si en Si3N4) de 1100 C à 1500 C ou un frittage (SiC ou Si3N4) de 19000C à 23000C.