Brevet FR2526486A1 — publié le 19831110

Procédé de mise en service d'un turbocompresseur et logement de turbine pour ce turbocompresseur. La présente invention concerne des procédés de mise en service de turbocompresseurs, ainsi qu'un logement de turbine d'une conception exceptionnelle pour un turbocompresseur. Les turbocompresseurs sont des dispositifs bien connus dans la technique, dans lesquels on utili- se de manière conventionnelle une roue de turbine et une roue de compresseur montées sur un arbre unitaire ou commun supporté dans des logements respectifs pour ces roues Le logement de turbine comprend une entrée de gaz et une sortie de gaz renfermant, dans le cas spécifique, une configuration intérieure en spirale 1 S de façon bien connue dans la technique. Les gaz d'échappement d'un moteur sont diri- gés vers le logement de turbine pour entraîner la roue de turbine, laquelle fait tourner à son tour la roue de compresseur qui comprime l'air ambiant et/ou le mé- lange air-carburant en vue de son (leur) acheminement au collecteur d'admission du moteur La sortie de gaz est reliée à un système de décharge de gaz d'échappe- ment à travers lequel passent les gaz d'échappement brûlés Dans des cas o il est nécessaire d'empêcher une surcompression de l'air ou du mélange d'alimenta- tion air-carburant devant être acheminé au moteur, il devient indispensable de contourner la turbine et d'évacuer les gaz en excès vers le système de décharge de gaz d'échappement Dans la technique antérieure, on a spécifiquement envisagé une mise en dérivation des gaz d'échappement inopportuns avant leur introduc- tion dans la turbine du turbocompresseur, ce qui a nécessairement impliqué l'utilisation de systèmes de soupapes disposés à proximité du logement de turbine ou solidaires de ce dernier En conséquence, étant donné que le mécanisme de mise en action est disposé sur le logement de la turbine ou du compresseur, le dispositif doit nécessairement être localisé dans le compartiment moteur ou, en variante, on doit prévoir des supports de montage spéciaux et analogues, ce qui restreint sérieusement le placement du dispositif dans le compartiment moteur en raison des limitations d'espace et de dimensions. La présente invention concerne un procédé de mise en service de turbocompresseurs et, plus spécifi- quement, de leur turbine à son niveau de rendement le plus élevé, ainsi que la mise en dérivation des gaz d'échappement dès qu'ils ont été acheminés à travers le logement de turbine et, plus spécifiquement, à la spirale intérieure de ce dernier; la présente inven- tion fournit également un logement de turbine pouvant être adapté en vue de son utilisation avec ou sans mé- canisme de purge Lorsqu'un mécanisme de purge est utilisé conjointement avec le turbocompresseur, il peut être d'une conception modulaire pouvant être asso- ciée sélectivement et commodément au logement de turbi- ne de l'invention, de telle sorte que le groupe turbo- compresseur puisse être utilisé selon divers modes dans un compartiment moteur dans diverses positions de mon- tage La localisation centrale de l'orifice de purge ou de l'orifice de sortie des gaz mis en dérivation per- met un placement symétrique du dispositif dans le com- partiment moteur en assurant ainsi un montage à gauche ou à droite conjointement avec l'autre appareil consti- tuant l'assemblage intégral. Le logement de turbine de l'invention équipé du mécanisme de purge solidaire à la terminaison de sa spirale intérieure, par opposition à son entrée, permet une mise en service de la turbine à un niveau de rende- ment plus élevé, ainsi que l'utilisation du logement de turbine sans mécanisme de purge en cas de besoin moyennant une simple obturation de l'orifice de sor- tie. Un objet de l'invention est de fournir un procédé de mise en service particulier d'un turbo- compresseur comportant un logement de turbine d'une conception exceptionnelle. Un autre objet important de l'invention est de fournir un logement de turbine de turbocompresseur muni d'un mécanisme de purge pouvant être utilisé sé- lectivement. Un autre objet plus spécifique de l'inven- tion est de fournir un logement de turbine de turbo- compresseur comportant une spirale intérieure avec un orifice de sortie de dérivation situé entre l'entrée et la terminaison de cette spirale. Un autre objet plus important encore de l'in- vention est de fournir un procédé de mise en service d'un turbocompresseur à turbine à écoulement radial, dans le mode de purge, avec un niveau de rendement sensiblement supérieur à celui pouvant être atteint jusqu'à présent. Un autre objet plus spécifique encore de l'in- vention est de fournir un logement de turbine destiné à être utilisé avec un turbocompresseur et comportant un orifice de sortie de dérivation de purge à la termi- naison d'une spirale intérieure, cet orifice étant lo- calisé dans une position centrale et de manière symé- trique afin de permettre un placement aisé du logement de turbine dans un compartiment moteur. Un autre objet plus spécifique et plus impor- tant encore de l'invention est de fournir un logement de turbine comportant une spirale intérieure dans la- quelle les gaz d'échappement sont dirigés pratiquement le long du volume intérieur défini par cette spirale intérieure avant d'être évacués sélectivement en déri- vation par rapport à cette dernière. Un autre objet plus spécifique et plus impor- tant encore de l'invention est de fournir un logement de turbine de turbocompresseur comportant une spirale intérieure à la terminaison de laquelle est localisé un orifice de dérivation qui peut être adapté sélecti- vement pour être associé à un élément de purge. Un autre objet plus spécifique et plus impor- tant encore de l'invention est de fournir un logement de turbine destiné à être utilisé avec des turbocom- presseurs et comportant une spirale intérieure à la terminaison de laquelle est ménagé un orifice de sortie qui est localisé dans une position centrale par rapport au reste de ce logement, de façon à pouvoir disposer aisément ce dernier dans un compartiment moteur. Un autre objet plus spécifique encore de l'in- vention est de fournir un logement de turbine destiné à être associé à des turbocompresseurs et analogues et dans lequel la roue de turbine fonctionne à un rende- ment plus élevé, la mise en dérivation des gaz s'écou- lant vers ce logement de turbine étant obtenue sélecti- vement uniquement après le passage de ces gaz à travers la spirale intérieure précitée. Un autre objet plus spécifique et plus impor- tant encore de l'invention est de fournir un procédé de mise en service d'un turbocompresseur comportant un logement de turbine à spirale intérieure, procédé dans lequel on obtient, au cours des opérations de purge, une contre-pression plus basse au moteur avec lequel ce turbocompresseur est utilisé. Un autre objet plus important encore de l'in- vention est de fournir un procédé de mise en service d'une turbine de turbocompresseur, ainsi qu'un logement pour cette turbine, dans lequel les gaz d'échappement f 526486 parcourent pratiquement toute la longueur de ce loge- ment intérieur avant d'être expulsés à la terminaison de ce dernier à des fins de purge en vue de réduire la contre-pression exercée par la turbine sur le mo- teur à combustion interne avec lequel le turbocompres- seur est utilisé. D'une manière générale, dans une forme de réa- lisation donnée à titre d'exemple, l'invention concer- ne le procédé de mise en service d'un turbocompresseur comportant un logement de turbine à configuration inté- rieure en spirale qui est associé à un moyen de purge en vue de mettre les gaz d'échappement en dérivation, procédé dans lequel la mise en dérivation des gaz d'échappement a lieu à la terminaison de cette configu- ration intérieure en spirale Le logement de turbine utilisé dans le procédé de mise en service du turbo- compresseur du moteur à combustion interne a une confi- guration intérieure en spirale comportant, près de sa terminaison, un orifice de sortie qui est adapté sélec- tivement pour permettre le passage des gaz d'échappe- ment au travers. Ces différents objets de l'invention, ainsi que d'autres apparaîtront à la lecture de la descrip- tion ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation de face d'un logement de turbine d'un turbocompresseur ayant une configuration intérieure en spirale; la figure 2 est une vue prise suivant la li- gne 2-2 de la figure 1; et la figure 3 est un diagramme illustrant le rendement d'une turbine à écoulement radial au cours de sa mise en service. En se référant à ces dessins dans lesquels les mêmes chiffres de référence désignent des éléments semblables dans les différentes figures, on constatera que le logement de turbine 2 est d'un type classique ayant une configuration intérieure en spirale désignée d'une manière générale par le chiffre de référence 4, ce logement de turbine 2 comportant une entrée 6 et une sortie 8, ainsi que la cavité intérieure spécifi- que 10 destinée à recevoir la roue de turbine (non re- présentée). Le logement 2 est d'un type classique compor- tant des brides 12 et 20 avec des trous de montage file- tés appropriés 14 comme le remarquera immédiatement l'homme de métier. La spirale intérieure 4 comporte une terminai- son en forme de languette 22 qui agit à la manière d'un ajutage pour diriger les gaz d'échappement intro- duits dans l'entrée 6 et ayant traversé la spirale in- térieure 4 pour venir heurter les aubes de la roue de turbine (non représentée) A la terminaison 16 du pas- sage des gaz, est prévu un orifice ou un trou central 18 qui peut être recouvert au moyen d'une plaque (non représentée) lorsqu'une purge de la turbine n'est pas souhaitée. Le logement de turbine 2 comporte une face plane 20 coïncidant avec la sortie 8 et l'orifice de sortie 18 Il est à noter que l'orifice de sortie 18 a un alésage de transition à section constante par rap- port à la face 20 du logement de turbine 2. Dans le logement de turbine 2 illustré dans les figures 1 et 2, lorsqu'une purge est souhaitée, il est à noter que l'orifice de sortie 18 est disposé de telle sorte que le logement de turbine puisse être as- socié conjointement avec un mécanisme de purge, de fa- çon à être utilisé à un endroit éloigné de ce dernier si on le désire Lorsque l'orifice de sortie n'est pas recouvert comme le montrent les dessins en vue d'une utilisation avec le mécanisme de purge, les gaz d'échappement pénétrant dans l'entrée 6 sont diri- gés vers le logement intérieur et, plus spécifiquement, vers la spirale intérieure 4, avant d'atteindre la sor- tie 16 o ils viennent heurter les aubes de turbine (non représentées) montées dans la chambre 10 du loge- ment de turbine 2 Evidemment, si une plaque de recou- vrement est prévue pour bloquer la sortie 18 vis-à-vis du plan de la surface 20, les gaz d'échappement ne pour- raient passer à travers l'orifice 18, mais ils seraient plutôt dirigés entièrement à travers la roue de turbine et, de là, vers la sortie d'échappement 8. On se référera à présent à la figure 3 qui est un diagramme illustrant le rendement d'une turbine à écoulement radial, rendement qui est fonction du rap- port entre la vitesse tangentielle des gaz et la vi- tesse de pointe de la turbine Cette relation est re- présentée par une courbe en figure 3. Dans ce cas, le rendement maximum est obtenu lorsque Cv/U = 1,35, Cv étant la vitesse tangentielle des gaz et U, la vitesse de pointe de la turbine. Le rendement diminue très rapidement en des- sous de 1,2 et graduellement seulement au-delà de 1,6. Dès lors, dans le procédé de mise en service de la tur- bine de l'invention, la totalité du gaz passe à tout moment à travers la spirale intérieure du logement de turbine, conférant ainsi, au système, une vitesse tangen- tielle de gaz supérieure à celle à laquelle on pourrait norma- lement s'attendre au cours de l'opération de purge dans les systèmes de la technique antérieure, dans lesquels la purge est effectuée avant que les gaz d'échappement pénètrent dans l'entrée de la spirale intérieure La vitesse accrue des gaz d'échappement pénétrant dans le logement de turbine de l'invention aura pour effet de faire fonctionner la turbine, au cours du processus de purge, dans un intervalle de rendements supérieur à celui pouvant être normalement envisagé dans les sys- tèmes de purge classiques des turbocompresseurs de la technique antérieure Il en résulte à son tour une réduction de la contre-pression exercée par la turbine sur le moteur comparativement à l'opération de purge classique, permettant ainsi une mise en dérivation des gaz d'échappement avant leur introduction dans l'entrée de la spirale intérieure du logement de turbine. Bien que, pour imprimer la vitesse maximum aux gaz d'échappement, le mode de mise en oeuvre préfé- ré de l'invention consiste à amener les gaz à s'écouler sur toute l'étendue de la spirale intérieure, on peut éventuellement faire en sorte que la purge ait lieu en n'importe quel point situé entre l'entrée et la termi- naison de la spirale L'homme de métier se rendra compte immédiatement de la façon dont un orifice de sor- tié du type précité peut être prévu dans le logement de turbine. Dès lors, on a décrit ci-dessus, à titre d'il- lustration, un procédé exceptionnel de mise en service d'une turbine faisant partie d'un turbocompresseur pour moteurs à combustion interne, ainsi qu'un logement d'une configuration exceptionnelle destiné à être utilisé avec cette turbine. L'homme de métier reconnaîtra immédiatement diverses modifications pouvant être apportées à la forme de réalisation décrite ci-dessus sans se départir du principe essentiel de l'invention tel qu'il est décrit ici, toutes ces modifications étant couvertes par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Logement de turbine pour turbocompresseurs et analogues, ayant une configuration intérieure en spirale et conçu pour permettre le passage des gaz d'échappement au travers, ce logement comportant une entrée et une sortie, caractérisé par le perfectionne- ment selon lequel un orifice de sortie est ménagé dans le logement de turbine entre l'entrée et la terminai- son de la configuration en spirale, cet orifice de sor- tie étant adapté sélectivement pour permettre le passa- ge de gaz de dérivation au travers. 2 Logement de turbine pour turbocompresseurs et analogues suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le turbocompresseur est conçu pour être associé à un mécanisme de purge avec lequel communique l'orifi- ce de sortie précité, ce dernier étant situé à proximi- té de la terminaison de la configuration en spirale. 3 Logement de turbine pour turbocompresseurs et analogues suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice de sortie est conçu pour être blo- qué au moyen d'une plaque de recouvrement ou d'un élé- ment analogue. 4 Logement de turbine pour turbocompresseurs et analogues suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice de sortie est situé à peu près dans le même plan que la sortie précitée. Logement de turbine pour turbocompresseurs et analogues suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice de sortie a, en section transver- sale, une zone de transition à peu près constante par rapport à l'intérieur du logement de turbine, tandis qu'il s'étend de l'intérieur du logement à une surface extérieure de ce dernier. 6 Logement de turbine pour turbocompresseurs et analogues suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les gaz d'échappement s'écoulent radiale- ment dans la roue de turbine. 7 Procédé de mise en service d'un turbo- compresseur comportant un logement de turbine à con- figuration intérieure en spirale et associé à un élé- ment de purge pour la mise en dérivation des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: a) introduire les gaz d'échappement dans ce loge- ment de turbine; b) laisser ces gaz d'échappement parcourir la dis- tance comprise entre l'entrée et la sortie de la spi- rale intérieure; et c) permettre une évacuation sélective de ces gaz d'échappement entre l'entrée et la terminaison de la spirale intérieure. 8 Procédé suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que la roue de turbine du turbocompresseur fonctionne dans un intervalle de rendements d'environ -90 %, tandis que les gaz d'échappement peuvent parcou- rir à peu près toute la longueur de la spirale intérieu- re avant d'être évacués en un point situé à peu près à la terminaison de cette spirale intérieure. 9 Procédé suivant la revendication 8, carac- térisé en ce que le rapport entre la vitesse tangentiel- le des gaz et la vitesse de pointe de la roue de turbi- ne est maintenu à une valeur sélectionnée pour obtenir un rendement opératoire élevé du turbocompresseur. Procédé suivant la revendication 9, carac- térisé en ce que pratiquement la totalité des gaz d'échappement introduits dans le corps du logement tra- versent la spirale intérieure avant d'atteindre la ter- minaison de cette dernière.