Brevet FR2569771A1 — publié le 19860307

".Dispositif de support pour turbochargeur pour permettre d'obtenir une rotation stable d'un arbre de turbine" L'invention concerne un dispositif de support pour turbochargeur, et plus particulièrement un dispositif de support pour turbochargeur permettant d'obtenir la rotation stable d'un arbre de turbine sans perturber les conditions de flottement d'un amortisseur à film d'huile. La figure 1 représente un dispositif de support pour turboehargeur classique, comprenant un bottier de turbine 1; un boltier de compresseur 2; un boîtier de support 3 monté entre les boltiers '1 et 2; une plaque d'isolation thermique 4; un carter de support 5 monté dans le boitier de support 3; un arbre de turbine 6; une roue de turbine 7; un espace de projection d'huile 8; un projecteur d'huile 9; une roue de compresseur 10; un roulement à billes 11 côté turbine; un roulement à billes 12 côté compresseur; un amortisseur à film d'huile 13 côté turbine, monté dans le carter de support 5 en état de flottement grâce à un film d'huile, de manière à supporter le roulement à billes 11 du côté de la turbine; un amortisseur à film d'huile 14 côté compresseur, également monté dans le carter de support 5 en état de flottement grâce à un film d'huile, de manière à supporter le roulement à bille 12 côté compresseur; un ressort hélicoïdal 15 interposé entre les amortisseurs 13 et 14 de façon que les chemins de roulement extérieurs des roulements à billes 11 et 12 s'écartent l'un de l'autre; un dispositif de retenue d'amortisseur 16; une entretoise de supports 17; un orifice d'entrée d'huile 18; un orifice de sortie d'huile 19; une chemise d'eau 20 de refroidissement; et des bagues d'arrêt 21 et 22 décrits plus en détail ci-après. Comme décrit ci- dessus, les amortisseurs à film d'huile classiques sont du type fendus; c'est-à-dire que l'amortisseur à film d'huile 13 côté turbine et l'amor- tisseur à film d'huile 14 coté compresseur, sont montés indépendamment l'un de l'autre. Bien qu'ils soient supportés par le ressort hélicoidal 15, les amortisseurs à film d'huile 13 et 14 peuvent se déplacer indépendamment l'un de l'autre, de sorte que se pose le problème de la diminution de stabilité de rotation de l'arbre de turbine 6. En particulier, lorsque les jeux entre les amortisseurs 13 et 14 d'une part et entre les amortis- seurs et le carter de support 5 d'autre part, sont grands, les amortisseurs à film d'huile 13 et 14 tendent à tourner facilement, ce qui diminue encore la stabilité en rotation de l'arbre de turbine 6. De plus, le ressort hélicoidal 15 doit être préchargé pour produire une force supérieure à la poussée du support de turbine, de façon que lorsque la poussée est exercée sur la turbine ou sur le compresseur, le roulement à billes 11 ou 12 ne puisse être poussé dans l'amortisseur à film d'huile 13 ou 14. Lorsque la force du ressort hélicoidal 15 exercée sur les amortisseurs 13 et 14, devient plus importante, la durée de vie des roule- ments à billes 11 et 12 est considérablement raccourcie. De plus, se pose le problème que, comme le ressort hélicoïdal est très fort, le rendement d'assemblage mécanique est fortement réduit. Il n'est pas préférable de disposer et d'engager des bagues de butée 21 et 22 sur les faces d'extrémité intérieures des amortisseurs 13 et 14 pour diminuer la force du ressort hélicoïdal 15, car les amortisseurs 13 et 14 tournent en synchronisme avec l'arbre de support 6. Compte tenu de ce qui précède, le principal but de l'invention est de créer un dispositif de support pour turbochargeur qui permette de diminuer la précontrainte du ressort de manière à augmenter la durée de vie des roulements à billes; qui permette de réduire au minimum les pertes mécaniques du fait de la présence des roulements à billes; qui permette de réduire le décalage de turbo; qui permette d'interrompre la rotation des amortisseurs à film d'huile pour améliorer la stabilité de rotation de l'arbre de turbine, et faciliter le déchargement de l'huile de travail, de manière a réduire ainsi au minimum les pertes mécaniques; et qui soit de construction simple pour faciliter considérablement la fabrication du dispositif de support. A cet effet, l'invention concerne un dis- positif de support pour turbochargeur, du type dans lequel un bottier de support est interposé entre un bottier de turbine et un bottier de compresseur, un roulement à billes c6té turbine et un roulement à billes côté compresseur étant supportés par des amortisseurs à film d'huile flottant dans un carter de support du bottier de support, dispositif caractérisé en ce que les amortisseurs à film d'huile sont réalisés d'un seul bloc, et en ce qu'une petite tige est montée avec jeu de manière à empêcher la rotation de cet amortisseur à film d'huile d'un seul bloc. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitu- dinale d'un dispositif de support pour turbochargeur selon l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe longitu- dinale d'une seconde forme de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe longitu- dinale d'une troisième forme de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue en coupe longitu- dinale, à plus grande échelle, d'une quatrième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est une vue en coupe longitudi- nale, à plus grande échelle, d'une cinquième forme de réalisation de l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes parties sont repérées par les mêmes références. Dans la description concernant les formes préférées de réalisation de l'invention, les parties élémentaires déjà décrites sur la figure 1 ne seront pas décrites de nouveau. Dans la première forme de réalisation de l'invention, un amortisseur à film d'huile 13, 23 supportant le roulement à billes côté turbine 11 et le roulement à billes côté compresseur 12, dans le carter de support 5, est réalisé d'une seule pièce sous la forme de type semi-flottant; c'est-àdire que l'amortisseur à film d'huile 23 n'est pas divisé en amortisseur côté turbine et amortisseur côté compresseur comme c'était le cas dans l'art antérieur. Une petite tige 24 destinée à empêcher la rotation de l'amortisseur à film d'huile 23, se monte avec un jeu dans des trous de passage de la tige percés dans la surface périphérique extérieure de l'amortisseur à film d'huile 23, et dans la surface intérieure du carter de support 5. Un orifice de sortie d'huile 25 est percé dans la partie inférieure de la paroi de l'amortisseur à film d'huile 23, et communique avec l'orifice de sortie d'huile 19 prévu dans la partie inférieure du carter de support 5. De petites fentes 26 sont formées entre l'une des faces d'extrémité extérieures de l'amortisseur à film d'huile 23, d'une part, et sa partie opposée d'autre part. Un petit trou 27 est percé dans la paroi de l'amortisseur à film d'huile 23, de façon que l'huile arrivant de l'ori- fice d'entrée d'huile 18, soit dirigée vers le roulement à billes côté turbine il, à l'intérieur de l'amortisseur à film d'huile 23. Comme décrit ci-dessus, l'amortisseur à film d'huile 23 est construit d'un seul bloc et il n'existe qu'un très faible jeu entre la surface périphérique extérieure de l'amortisseur 23 et la surface intérieure du carter de support 5, ce qui permet d'obtenir l'effet d'amortissement du film d'huile en assurant ainsi la stabilité de rotation de l'arbre de turbine 6. La tige 24 sert à empêcher la rotation de l'amortisseur à film d'huile 23 proprement dit, mais la rotation de cet amor- tisseur n'est pas limitée strictement par la tige 24, de sorte que l'effet d'amortissement décrit ci-dessus n'est pas notablement réduit. Plus précisément, le diamètre extérieur de la tige 24 est relativement plus petit que le diamètre intérieur du trou dans lequel elle est logée, de sorte que la tige 24 sert à empêcher la rotation de l'amortisseur à film d'huile 23 sans nuire à l'effet d'amortissement décrit ci-dessus. Comme indiqué plus haut, la tige 24 est utilisée, selon l'invention, pour empêcher la rotation de l'amortisseur à film d'huile 23 de façon que le trou d'évacuation d'huile puisse être percé dans sa partie inférieure. Par suite, cela permet d'éviter les pertes mécaniques dues à l'accumu- lation de l'huile de lubrification dans l'amortisseur 23. De plus, comme l'huile de lubrification peut être évacuée efficacement, l'effet d'étanchéité d'huile peut être amélioré. La partie de l'huile de lubrification qui s'échappe par les jeux 26 compris entre d'une part,l'extré- mité de l'amortisseur à film d'huile 23 et d'autre part, la surface de paroi intérieure opposée du carter de support , vient frapper l'arbre de turbine 6 et les autres éléments placés au voisinage de celui-ci, de manière à se transformer en brouillard. Par suite, les roulements à billes 11 et 12 sont enveloppés par le brouillard d'huile; c'est-à-dire que ces roulements à billes 11 et 12 sont lubrifiés par projection et brouillard d'huile. De plus, dans cette première forme de réali- sation, pour s'assurer d'une lubrification efficace du roulement à billes côté turbine 11, le petit trou de lubrification 27 est percé dans la paroi de l'amortisseur 23 et dirigé vers l'extrémité intérieure du roulement à billes 11. Par suite, le roulement à billes 11 est soumis à une lubrification par jet, c'est-à-dire que le jet d'huile de lubrification est envoyé sur le roulement à billes 11. Cependant, il est évident qu'on peut n'utiliser seulement que le petit trou 27 de lubrification par jet ou les jeux étroits 26 de lubrification par brouillard, et qu'on peut éventuellement se passer de l'un et l'autre de ces dis- positifs de lubrification. On décrira ensuite, en se référant à la figure 3, la seconde forme de réalisation de l'invention. Une bague de butée 30 est interposée entre la partie étagée 28 de l'amortisseur à film d'huile 23 et le bottier extérieur du roulement à billes 11, tandis que, de la même manière, un anneau de butée 31 est interposé entre la partie étagée 29 de l'amortisseur 23 et le chemin de roulement extérieur du roulement à billes 12, le ressort hélicoidal 15 qui écarte l'un de l'autre les chemins de roulement extérieurs des roulements à billes 11 et 12, étant interposé entre les bagues de butée 30 et 31; c'est-à- dire que les bagues de butée 30 et 31 sont bloquées entre le ressort hélicoïdal 15 d'une part, et les roulements à billes 11 et 12 d'autre part. La précontrainte du ressort hélicoïdal 15 est transmise directement aux chemins de roulement exté- rieurs des roulements à billes Il et 12. La surface intérieure de l'amortisseur à film d'huile 23 est munie des parties étagées 28 et 29. Par suite, même lorsque la poussée est supérieure à la précontrainte du ressort hélicoidal 15, on peut empêcher les roulements à billes I1l et 12 d'être poussés dans l'amortisseur à film d'huile 23. Par suite, le ressort hélicoidal 15 peut avoir une précontrainte relativement faible, ce qui permet d'utiliser un ressort de force relativement plus faible en augmentant encore, de cette manière, la durée de vie des roulements à billes 11 et 12, et en améliorant en outre considérablement le rendement mécanique de l'ensemble. On décrira ensuite, en se référant à la figure 4, la troisième forme de réalisation de l'invention. Dans cette forme de réalisation, les anneaux de butée 30 et 31 sont supprimés et les parties étagées 28 et 29 de l'amortisseur 23 s'engagent directement sur les chemins de roulement extérieurs des roulements -à billes respectifs 11 et 12. De plus, à l'inverse de la seconde forme de réalisation représentée sur la figure 3, l'amortisseur à film d'huile 23 n'est pas symétrique par rapport au centre de l'axe de cet amortisseur 23 et le trou 27 de jet de lubrification est percé dans la paroi de l'amortisseur 23 pour lubrifier le roulement à billes côté turbine 11. Cependant, cette troisième forme de réalisation permet d'atteindre les mêmes résultats, caractéristiques, et avantages que la seconde forme de réalisation. La quatrième forme de réalisation représentée sur la figure 5 est exactement de même construction que la troisième forme de réalisation représentée sur la figure 4, sauf le fait que la bague de butée 31 représentée sur la figure 3 est de nouveau utilisée du côté seulement du compresseur. La construction de cette quatrième forme de réalisation du côté de la turbine, est exactement la même que celle de la troisième forme de réalisation représentée sur la figure 4. On décrira ensuite, en se référant à la figure 6, la cinquième forme de réalisation de l'invention. Dans les première à quatrième formes de réalisation repré- sentées sur les figures 2 à 5, le ressort hélicoidal 15 est précontraint de façon que les chemins de roulement extérieurs des roulements à billes li et 12 s'écartent l'un de l'autre; au contraire, dans cette cinquième forme de réalisation, on utilise un ressort en coupelle 32 à la place du ressort hélicoidal 15. Plus précisément, le ressort en coupelle 32 est interposé entre la partie étagée 29 de l'amortisseur à film d'huile 23 et le chemin de roulement extérieur du roulement à billes 12. Bien qu'il ne soit pas représenté, un ressort en coupelle peut également être interposé entre l'épaulement 30 de l'amortisseur 23 et le chemin de roulement extérieur du roulement à billes côté turbine 11. A la place du ressort hélicoidal ou du ressort en coupelle décrits ci-dessus, l'invention peut également utiliser une lame de ressort. Les résultats, caractéristiques, et avantages particuliers de l'invention peuvent se résumer de la manière suivante: (I) Les roulements à billes sont utilisés à la fois du côté turbine et du côté compresseur, ce qui permet de réduire au minimum les pertes mécaniques. Par suite, le rendement global du turbochargeur est remarquablement amélioré, en particulier aux faibles vitesses et aux faibles puissances de sortie. Cela constitue un avantage très important pour les turbochargeurs de véhicules et permet de réduire au minimum le déealage du turbo. (II) L'amortisseur à film d'huile qui flotte est réalisé d'une seule pièce et sa rotation est empêchée par la tige. Par suite, on peut obtenir une stabilité de rotation plus sure de l'arbre de turbine dans toutes les conditions de fonctionnement, et améliorer la longévité des roulements à billes en augmentant ainsi leur durée de vie. I1 en résulte qu'on peut atteindre une très haute fiabilité. (III) La petite tige destinée à empêcher la rotation de l'amortisseur à film d'huile est montée avec jeu dans son trou correspondant, ce qui permet de ne pas gêner l'état de flottement de l'amortisseur. (IV) Les moyens utilisés pour empêcher la rotation de l'amortisseur sont simples et bon marché. (V) L'amortisseur à film d'huile est formé par l'orifice de sortie d'huile communiquant avec la sortie d'huile du carter de support de manière à pouvoir réduire au minimum les pertes mécaniques dues à l'accumulation de l'huile de lubrification dans l'amortisseur. De plus, l'évacuation de l'huile de lubrification peut être facilitée de manière à améliorer l'étanchéité d'huile. (VI) Le roulement à billes est soumis au moins à une lubrification par la partie d'huile de lubrification fournie à l'amortisseur à film d'huile et envoyée sous forme de jet ou de brouillard (s'étalant parfaitement) sur le roulement à billes. Par suite, on obtient une lubrification efficace et, à l'inverse des supports à glissement classiques, il n'est pas nécessaire d'utiliser une grande quantité d'huile de lubrification. Par suite, on peut réduire considérable- ment la quantité d'huile de lubrification, et réduire en outre la pression d'huile. (VII) Il n'est pas nécessaire d'ajouter un palier de butée individuel, et il n'est pas nécessaire non plus de durcir en surface le tourillon de l'arbre de turbine. Par suite, le dispositif de support selon l'invention est de construction simple, de taille compacte, et économique à fabriquer. (VIII) La surface de paroi intérieure de l'amortisseur à film d'huile est munie des parties étagées destinées à venir en contact avec les butées de support, de façon qu'en présence d'une poussée supérieure à la précontrainte du ressort, on puisse empêcher les roulements à billes d'être poussés dans l'amortisseur. Par suite, il n'est pas nécessaire de précontraindre fortement le ressort pour s'adapter à une poussée très importante. En d'autres termes, le ressort peut être précontraint au degré minimum. Par suite, on peut encore augmenter la durée de vie des roulements à billes, en améliorant en même temps le rendement mécanique et le rendement d'assemblage. 1l R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Dispositif de support pour turbochargeur, du type dans lequel un bottier de support (3) est interposé entre un bottier de turbine (1) et un bolTtier de compresseur, un roulement à billes (11) côté turbine et un roulement à billes (12) côté compresseur étant supportés par des amor- tisseurs à film (23) d'huile flottant dans un carter de support du boTtier de support, dispositif caractérisé en ce que le. amortisseurs à film d'huile (23) sont réalisés d'un seul bloc, et en ce qu'une petite tige (24) est montée avec jeu de manière à empêcher la rotation de cet amortisseur à film d'huile d'un seul bloc. ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amortisseur à film d'huile (23) d'unseul bloc est muni d'un orifice d'évacuation (19) dthuile en communication avec une sortie d'huile du carter de support (5). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amortisseur à film d'huile (23) d'un seul bloc est muni au moins, soit d'un petit trou (27) destiné à effectuer une lubrification par jet des roulements à billes au moyen d'une partie d'un film d'huile formé entre l'amortisseur à film d'huile et le carter de support, soit de jeux destinées à soumettre les roulements à billes à une lubrification par brouillard d'huile. 4 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amortisseur à film d'huile est muni au moins, soit d'un petit trou destiné à effectuer une lubrification par jet des roulements à billes au moyen d'une partie d'un film d'huile formé entre l'amortisseur à film d'huile et le carter de support, soit de jeux destines à soumettre les roulements à billes à une lubrification par brouillard d'huile. ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre le roulement à billes (11) côté turbine et le roulement à billes (12) côté compresseur, est interposé un ressort (15) précontraint de façon que le chemin de' roulement extérieur de l'un au moins des roulements à billes, soit écarté du chemin de roulement extérieur de l'autre roulement à billes dans la direction parallèle à l'axe de l'arbre de turbine; et en ce qu'une surface de paroi intérieure de l'amortisseur à film d'huile est munie de parties étagées destinées à recevoir des butées de support, de sorte que lorsque se produit une poussée axiale de l'arbre de turbine dépassant la force de précontrainte du ressort, les roulements à billes ne puissent se déplacer l'un vers l'autre. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des bagues (30, 31) de butée sont interposées entre les parties étagées (28, 29) de l'amor- tisseur à film d'huile (23) d'une part, et les chemins de roulement extérieurs des roulements à billes (11, 12) d'autre part.