Brevet FR2621649A1 — publié le 19890414

La présente invention concerne un dispositif de réglage du débit de gaz d'échappement dans la turbine d'un turbocompresseur à gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, la turbine comportant un carter à deux volutes définissant deux canaux pour l'alimentation en gaz d'échappement de la roue de turbine, un des canaux pouvant être fermé, en relation avec un paramètre de fonctionnement variable, par un manchon coulissant, qui est monté dans le carter avec possibilité de translation axiale, à la façon d'un siège coulissant opérant par conjugaison de formes,à l'aide de rainures longitudinales analogues à des coulisses. Un turbocompresseur à gaz d'échappement de ce genre est connu d'après le brevet allemand2633587.Dansce turbocompresseur à gaz d'échappement connu, la commande du manchon coulissant est effectuée par l'intermédiaire d'un piston annulaire fixé sur le manchon, qui est sollicité d'un côté par un ressort et qui peut être sollicité de l'autre côté par l'air de suralimentation. Avec une telle commande du manchon coulissant, il n'est pas possible, à cause de la variation des forces de frottement et également de la variation de la force du ressort, d'obtenir une relation bien définie entre la position du manchon coulissant et le paramètre de réglage, de sorte que l'obturation dudit canal de passage des gaz d'échappement par le manchon coulissant ne peut pas être effectuée de la manière désirée. Ainsi, le ressort sollicitant le piston annulaire ne modifie pas rapidement sa caractéristique d'élasticité surtout à cause des hautes températures agissant sur lui. Egale- ment la fonction de joint d'étanchéité annulaire de grande surface du piston annulaire est altérée en ce qui concerne son effet d'étanchéité à cause de la sollicita- tion par les hautes températures de sorte qu'il peut s'établir dans le volume arrière du piston annulaire une contrepression non définie. L'invention a pour but de créer un turbo- compresseur à gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne comportant un manchon coulissant dont la course d'actionnement peut être associée de façon nette au paramètre de réglage, le dispositif de commande restant absolument capable de fonctionner indépendamment de l'étanchéité et malgré les hautes températures se produisant dans la zone du turbocompres- seur à gaz d'échappement. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion en ce que le manchon coulissant est relié à un anneau d'entraînement axialement fixe et pouvant tourner dans la direction circonférentielleparl'intermédiaire de têtons d'entraînement, qui s'engagent dans les rainures longitudinales ménagées dans le manchon coulissant et qui entraînent celui-ci dans la direction circonféren- tielle, en ce qu'un téton coulissant, solidaire ducarter, s'engage dans une rainure hélicoïdale ménagée dans le manchon coulissant, et en ce que l'anneau d'entraînement est sollicité, par l'intermédiaire d'une liaison par conjugaison de formes (dentures),par un arbre qui sort radialement du carter par l'intermédiaire d'un palier (coussinets) de ce carter. Dans le turbocompresseur à gaz d'échappement agencé conformément à l'invention, le paramètre de réglage agit, dans une zone froide à l'extérieur du turbocompresseur, sur l'arbre dont une liaison purement mécanique avec le manchon coulissant établit en toute sécurité une relation bien définie entre le paramètre de réglage et la position du manchon coulissant. La force de manoeuvre à exercer est seulement déterminée par des forces de frottement interne car le manchon coulissant est sollicité de tous côtés par la même pression statique. Ainsi des forces de frottement ne peuvent avoir aucune influence sur la précision de la course d'action- nement du manchon coulissant et un ressort soumis aux influences de la- température n'est pas nécessaire. Seul l'arbre doit être pourvu d'une étanchéité à sa sortie hors du carter du turbo-compresseur, ce qui peut cependant être relativement facilement réalisé à cause du petit diamètre de l'arbre et de l'absence de translation axiale. Selon un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, le palier (coussinets) de l'arbre, formé notamment de céramique, est réalisé ccmme un joint d'étanchéité en labyrinthe dans lequel est disposée additionnellement une bague d'étanchéité. Ainsi on réunit d'une manière peu encombrante le palier et le joint d'étanchéité de l'arbre, l'effet d'étanchéité étant obtenu d'une manière très fiable grâce à la structure en labyrinthe et à la bague d'étanchéité, mais également grâce aux petites dimensions de la zone d'étanchéité. En outre, la bague d'étanchéité est peu sollicitée mécaniquement à cause du petit angle de manoeuvre de l'arbre sans translation axiale. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la liaison par conjugaison de formes est agencée comme une roue dentée conique fixée sur l'arbre et pourvue sur une partie de sa périphérie d'une denture qui est en prise avec une denture conique disposée latéralement sur 1 'anneau d'entraînement. On établit ainsi une liaison par conju- caison de formes, peu encombrante, précise et résistante à la température, entre l'arbre et l'anneau d'entraîne- ment. Selon un mode de mise en oeuvre de l'in- vention, l'anneau d'entraînement est monté sur une partie annulaire du carter, formant la paroi de canal et engagée dans le canal de gaz d'échappement en aval de la roue de turbine, des têtons encastrés dans l'anneau d'entraînement s'engageant dans une rainure périphéri- que extérieure de la partie annulaire du carter. En dehors de la possibilité d'une réduction d'encombrement de l'ensemble du dispositif de commande, on cbtient une protection des pièces mobiles contre une sollici- tation directe par les gaz d'échappement. En outre, on obtient une fixation axiale sûre de l'anneau d'en- traînement dans la partie annulaire du carter avec une mobilité dans une direction circonférentielle. Dans cecas, selonunmodede miseen oeuvre de l'invention, les tétons encastrés dans l'anneau d'entraînement et faisant saillie extérieurement de celui-ci sont engagés, en tant que tétons d'entrai- nement, dans des rainures longitudinales du manchon coulissant, formant le siège coulissant. On obtient ainsi une simplification considérable de construction grâce à l'utilisation simultanée des tétons, reliant l'anneau d'entraînement avec la partie annulaire du carter, comme tétons d'entraînement pour le manchon coulissant. Dans ce cas également, selonunmodede réalisation du turbocompresseur conforme à l'invention, l'anneau d'en- trainement est monté au moyen de billes en céramique sur la partie annulaire du carter. On obtient ainsi une autre amélioration du guidage de l'anneau d'entraîne- ment ainsi qu'une diminution du frottement. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, il est prévu à la suite de la zone extrême, placée du c6té de la roue de turbine, de la partie annulaire du carter un anneau profilé, qui est adapté au contour extérieur de la roue de turbine, qui est relié rigidement à la partie annulaire du carter par des broches de retenue et sur lequel s'appuie addition- nellement le manchon coulissant. En dehors d'une bonne - adaptation du profil de la paroi intérieure de canal à la forme de la roue de turbine, l'assemblage du dispositif de commande est facilité et le guidage du manchon coulissant est amélioré. Dans ce cas, selon un mode de mise enoeuvre de l'invention, l'anneau profilé constitue l'épaulement intérieur de roulement des billes de palier qui sont placées du côté de la roue de turbine. Ainsi l'anneau profilé est positionné de façon précise par rapport à l'anneau d'entraînement et la réalisation du palier à billes est simplifiée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente en vue en coupe une turbine à gaz d'échappement pourvue d'un manchon coulissant, et la figure 2 représente le manchon coulissant en vue développée partielle. Dans le carter 1 de la turbine à gaz d'échap- pement 2 est montée une roue de turbine 4,au moyen d'un arbre 3, qui entraîne simultanément une roue de pompe, non représentée, pour alimenter en air de combustion un moteur à combustion interne. Cette roue de turbine 4 peut être sollicitée par des gaz d'échappement par l'intermédiaire de deux canaux en spirale 5 et 6, et notamment par l'intermédiaire d'un canal en spirale 5, purement radialement et, par l'intermé- diaire de l'autre canal en spirale 6, latéralement avec une composante aussi bien radiale qu'axiale. Pour faire parvenir à la roue de turbine 4 tout le débit de gaz d'échappement par l'intermédiaire du canal en spirale 6 dans des conditions déterminées de marche, notamment aux basses vitesses de rotation du moteur, et pour 1' accélération de la roue de turbine 4, le canal en spirale exerçant une sollicitation purement radiale peut être obturé par un manchon coulissant 7 directement avant l'entrée dans la roue de turbine 4. Le manchon coulissant 7 est monté de façon à pouvoir se déplacer axialement entre le carter 1 et une partie annulaire 8 de ce dernier ainsi qu'un anneau profilé 10 relié à cette partie annulaire 8 à l'aide de broches de retenue 9, la partie annulaire 8 du carter formant la paroi du canal 11 placé en aval de la roue de turbine 4 tandis que l'anneau profilé 10 prolonge la forme extérieure de la roue de turbine 4 directement à la suite de la sortie du canal en spirale 5. Sur la partie annulaire 8 du carter est monté, au moyen de billes 12 en céramique, dont la rangée, placée sur le côt' de la roue de turbine, est guidée par un épaulement 27 de l'anneau profilé 10, un anneau d'entraînement 13 qui est guidé additionnellement au moyen de tétons d'en- traînement 14, encastrés en lui et s'engageant dans une rainure périphérique extérieure 15 de la partie annulaire 8 du carter, de telle sorte qu'il puisse tourner sur cette partie annulaire 8 du carter en étant cependant fixé dans une direction axiale. Les tétons d'entraine- ment 14 s'étendent vers l'extérieur jusque dans le manchon coulissant 7 et sont engagés dans des rainures longitudinales 16 ménagées dans celui- ci. En outre, des têtons coulissants 17, encastrés dans l'anneauprofilé , s'engagent dans des rainures hélicofdales 18 qui sont formées dans le manchon coulissant 7. Ainsi, lors d'un mouvement périphérique de l'anneau d'entraînement 13 sous l'action des tétons d'entraînement 14 engagés dans les rainures longitudinales 1.6, le manchon coulis- sant 7 est entraîné en rotation et, simultanément par suite de l'engagement des tétons coulissants fixes 17 dans les rainures hélicoïdales 18, il est déplacé dans une direction axiale et il ouvre ainsi plus ou moins l'entrée du canal en spirale 5. A cet effet, les rainures hélicoïdales 18 sont disposées sur le manchon coulissant 7 en aval et suffisamment loin pour être recouvertes par l'anneau profilé 10 sur toute la course de manoeuvre du manchon coulissant. L'anneau d'entraînement 13 est pourvu, sur son côté frontal opposé au canal en spirale 5 et sur une partie de sa périphérie, d'une denture conique 19 avec laquelle entre en prise une denture correspondante 20 d'une roue dentée conique 22 montée sur un arbre 21, qui sort radialement du carter 1. L'arbre 21 est pourvu, à son extrémité extérieure, d'une liaison par conjugaison de formes 23, comme par exemple une partie cannelée, sur laquelle peut être monté un dispositif d'entraînement, non représenté, servant à faire tourner l'arbre 21. L'arbre 21 est monté dans deux coussinets de palier 24 en céramique, entre lesquels est disposée une bague d'étanchéité 25. Cette structure agit comme un joint d'étanchéité en labyrinthe de sorte qu'on obtient une très bonne action d'étanchéité par rapport aux gaz d'échappement. Pour simplifier le montage de l'arbre 21, il est prévu dans sa zone une plaque d'appui 26 en deux parties, qui est boulonnée sur le carter 1 - en même temps que la partie annulaire 8 de ce dernier. 2 6 2 1 6 4 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage du débit de gaz d'échappement dans la turbine d'un turbocompresseur à gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, la turbine comportant un carter à deux volutes définis- sant deux canaux pour l'alimentation en gaz d'échappe- ment de la roue de turbine, un des canaux pouvant être fermé, en relation avec un paramètre de fonctionnement variable, par un manchon coulissant, qui est monté dans le carter avec possibilité de translation axiale, à la façon d'un siège coulissant opérant par conjugaison de formes,à l'aide de rainures longitudinales analogues à des coulisses, caractérisé en ce que le manchon coulis- sant (7) est relié à un anneau d'entraînement (13), axialement fixe et pouvant tourner dans la direction cir- conférentielle,par l'intermédiaire de têtons d'entraîne- ment (14), qui s'engagent dans les rainures longitu- dinales (16) ménagées dans le manchon coulissant (7) et qui entraînent celui-ci dans la direction circonféren- tielie, en ce qu'un têton coulissant (17), solidaire du carter, s'engage dans une rainure hélicoïdale (18) ménagée dans le manchon coulissant (7), et en ce que l'anneau d'entraînement (13) est sollicité, par l'inter- médiaire d'une liaison par conjugaison de formes ( dentures 19, 20),par un arbre (21) qui sort radiale- ment du carter (1) par l'intermédiaire d'un palier ( coussinets 24) de ce carter. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri sé en ce que le palier (coussinets 24) de l'arbre (21), formé notamment de céramique, est réalisé comme un joint d'étanchéité en labyrinthe dans lequel est disposée additionnellement une bague d'étanchéité (25). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liaison par conjugaison de formes est agencée comme une roue dentée conique (22) fixée sur l'arbre (21) et pourvue sur une partie de sa périphérie d'une denture (20) qui est en prise avec une denture conique (19) dis- posée latéralemnet sur l'anneau d'entrainement (13). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anneau d'entraînement (13) est monté sur une partie annulaire (8) du carter, formant la paroi de canal et engagée dans le canal de gaz d'échappement (11) en aval de la roue de turbine (4), des têtons encastrés dans l'anneau d'entraînement (13) s'engageant dans une rainure périphérique extérieure (15) de la partie annu- laire (8) du carter. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tétons encastrés dans l'anneau d'entraînement (13) et faisant saillie extérieurement de celui-ci sont engagés, en tant que tétons d'entraînement (14), dans des rainu- res longitudinales (16) du manchon coulissant (7), formant le siège coulissant. 6. Dispositif selon l'une des re- vendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'anneau d'entraînement (13) est monté au moyen de billes (12) en céramique sur la partie annulaire (8) du carter. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu à la suite de la zone extrême, placée du côté de la roue de turbine, de la partie annulaire (8) du carter un anneau profilé (10), qui est adapté au contour extérieur de la roue de turbine (4), qui est reliée rigidement à la partie annulaire (8) du carter par des broches de retenue (9) et sur lequel s'appuie additionnellement le manchon coulissant (7). 8. Dispositif selon la rexendication 7, caractérisé en ce que l'anneau profilé (10) constitue l'épaulement intérieur (27) de roulement des billes de palier (12) qui sont placées du côté de la roue de turbine.