Brevet FR2677705A1 — publié le 19921218

La présente invention a pour objet un dispositif de protection thermique des organes périphériques d'un moteur à explosion équipé d'un turbocompresseur. En vue d'un gain de puissance, de nombreux moteurs à explosion sont équipés d'un turbocompresseur qui est constitué d'une turbine entraînée par les gaz d'échappement, cette turbine étant reliée par un axe à une autre turbine placée sur le circuit d'admission de façon à comprimer les gaz envoyés dans les cylindres. Un tel turbocompresseur bien connu de l'homme de l'art fonctionne parfaitement bien mais reste néanmoins un organe délicat puisqu'une partie du turbocompresseur travaille à des températures très élevées au milieu des gaz d'échappement et de l'autre côté à température ambiante avec le mélange comburant. Pour des raisons évidentes de rapport poids-puissance, les moteurs sont logés dans des carrosseries dont les dimensions sont de plus en plus réduites et il est certain que l'espace disponible pour loger tous les organes moteurs est de plus en plus réduit sur les véhicules modernes. 11 se pose un problème important quant au logement du turbocompresseur car il doit strie situé à proximité du bloc moteur, sur le circuit d'échappement et compte tenu de la compacité de l'ensemble il se retrouve à proximité immédiate des organes périphériques du moteur et même dans certains cas à proximité immédiate de la carrosserie. Des essais ont montré que les températures de peau de la turbine atteignaient des températures de l'ordre de 85o C si bien que les organes situés trop proches de la turbine du turbocompresseur arrivent à fondre et même dans certains cas les turbines de turbocompresseur ont été à l'origine d'incendies. On sait par ailleurs qu'un turbocompresseur fonctionne d'autant mieux que la température d'échappement est élevée, Si bien que toute solution visant à réduire la température de la turbine par un éventuel refroidissement sont à exclure expressément. Tout autre système qui utiliserait un carter avec une éventuelle circulation d'air de refroidissement formant matelas isolant est également à exclure, d'une part car il abaisserait la température d'ou une perte de rendement, mais d'autre part il con férerait un encombrement trop important au turbocompresseur pour permettre son logement dans des moteurs sophistiqués ou dans des habitacles moteur exigus. Par ailleurs, le dispositif de protection thermique doit éviter tout transfert vers l'extérieur5 notamment par les fixations, il doit autre adaptable sur tous les turbocompresseurs existants et il doit être démontable de façon à permettre l'accès à la turbine sans un démontage complet de l'ensemble du turbocompresseur Enfin, sa longévité doit Autre au moins égale à celle du turbocompresseur en conservant une qualité d'isolation thermique constante durant toute la durée de vie du turbocompresseur et cette condition implique également qu'il n'y ait pas d'organe mécanique susceptible de tomber en panne ou de priver de ses qualités d'isolation ledit dispositif. R cet effet, le dispositif de protection thermique des organes périphériques d'un moteur à explosion équipé d'un turbocompresseur selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend un écran thermique amovible disposé autour de la turbine dudit turbocompresseur. Cet écran comprend par ailleurs deux demi-coquilles de forme complémentaire de celle de la turbine, à section sensiblement en U. Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'écran est fixé directement sur les parois latérales de la turbine par des vis passant à travers des entretoises isolantes portées par ledit écran. Ces entretoises isolantes comprennent une partie faisant saillie vers l'intérieur de l'écran de façon à maintenir un écart donné entre ledit écran et la turbine. Selon un mode de réalisation particulier l'écran est composé de deux feuilles de matériau métallique et d'une couche de matériau thermiquement isolant disposée entre les deux feuilles. Ce matériau isolant peut Entre notamment un tissu céramique. Quant aux feuilles elles sont conformées au profil de la turbine par emboutissage. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la face de l'écran orientée vers la turbine est une face thermiquement réfléchissante. De plus, le dispositif peut comprendre une couche de matériau isolant uniquement sur la partie située au droit de la périphérie de la volute, c'est-àdire sensiblement sur la base du U. Les parties latérales des feuilles métalliques de l'écran, constituant les flasques, sont plaquées l'une contre l'autre et maintenues par les entretoises isolantes. La présente invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble turbocompresseur muni du dispositif d'isolation thermique selon l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation latérale de la demi-coquille supérieure de l'écran thermique selon l'invention - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2, - la figure 4 est une vue en élévation latérale de la demi-coquille inférieure de l'écran thermique selon l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4, - la figure 6 est une vue de détail en coupe d'une portion de l'écran thermique, et - la figure 7 est une vue de détail d'un flasque de l'écran thermique selon l'invention, monté sur la turbine du turbocompresseur. Sur la figure 1 on a représenté un ensemble turbocompresseur 10 comprenant une turbine 12 placée sur le circuit d'échappement d'un bloc moteur et un compresseur 14 placé sur le circuit d'admission. La turbine et le compresseur sont reliés par un arbre 13. Le dispositif de protection thermique selon l'invention comprend essentiellement un écran thermique 18, disposé autour de la turbine du turbocompresseur, cet écran étant présenté en détail sur les figures 2 à 5. Cet écran comprend deux demi-coquilles 20, 22 respectivement supérieure et inférieure. Sur la figure 2 on a représenté la demi-coquille supérieure dont la section, ainsi que représenté sur la figure 3, est sensiblement en U et l'on distingue la base 22 et les flasques 24. Sur la figure 2 la référence 26 correspond à un plot d'avertissement standardisé visant à indiquer qu'il s'agit d'un organe porté à haute température. La demi-coquille est en fait réalisée à partir de deux feuilles métalliques 28 et 30, embouties pour être conformées au profil en U tel qu'indiqué ciavant évitant par là m?me toute soudure. Entre les deux feuilles métalliques il est interposé un matériau isolant 32 et dans le mode de réalisation indiqué, il s'agit d'un tissu à base de fibres céramiques. Afin de fixer un ordre de grandeur, les feuilles métalliques ont une épaisseur de l'ordre de 10 dixièmes de millimètres et l'épais- seur est de l'ordre de 30 dixièmes pour le matériau thermiquement isolant. Sur les parois latérales les flasques sont parallèles entre eux et collés l'un à l'autre sans matériau isolant. Ainsi que cela est représenté sur la figure 2, la demi-coquille supérieure correspond sensiblement à un secteur de 180 C, disposé en partie supérieure de la turbine du turbocompresseur, car il n'est prévu dans cette partie de la turbine aucun raccord avec le circuit d'échappement. Les flasques sont munis d'alésages orientés perpendiculairement au plan de rotation de la turbine et à proximité des extrémités de la demi-coquille. Ces alésages 34 reçoivent des entretoises isolantes dont une partie cylindrique vient se loger dans les alésages et dont une autre partie 38 vient en saillie vers l'intérieur des flasques en vis à vis de la paroi de la volute de façon à maintenir un écartement donné entre la paroi de la volute et les flasques de l'écran thermique. De telles entretoises sont également prévues en matériau céramique dans le mode de réalisation préféré de l'invention. La feuille de matériau métallique intérieure 30 et la feuille de matériau métallique extérieure 28 sont maintenues en position l'une par rapport à l'autre grâce à la partie cylindrique des entretoises pénétrant simultanément dans les deux feuilles au niveau des flasques tandis qu'aux extrémités de la demi-coquille supérieure la feuille intérieure est repliée en 40 de façon à obturer l'espace ménagé entre les deux feuilles de matériau métallique en évitant tout déplacement de la couche de matériau thermiquement isolant par rapport aux feuilles métalliques. Sur les figures 4 et 5 on a représenté en détail la demi-coquille inférieure 200 dont le secteur angulaire est inférieur a celui de la coquille supérieure puisqu'il est sensiblement égal à 904 C, du fait que la partie inférieure de la turbine du turbocompresseur est munie d'une entrée et d'une sortie des gaz d'échappement ce qui limite les possibilités d'isolation. La demi-coquille inférieure 200 est réalisée de la même façon que la demi-coquille supérieure à savoir par superposition de deux feuilles de matériau métallique 280 et 300 avec interposition entre les deux feuilles d'un matériau thermiquement isolant 320 sur la seule partie correspondant à la base 220, de la section en U de cette demi-coquille ainsi que cela est représenté sur la figure 5. De façon identique, les entretoises 380 assurent l'écartement des flasques par rapport à la volute et assurent par ailleurs le maintien des deux feuilles métalliques l'une par rapport à l'autre. Sur la figure 6 on a représenté en détail le pliage 40 à 90 C, de la feuille intérieure 30 par rapport à la feuille extérieure 28 avec le matériau thermiquement isolant 32 interposé entre ces deux feuilles métalliques. Ce pliage 40 est également réalisé sur la demi-coquille inférieure et porte la référence 400. Sur la figure 7 on a représenté une partie de l'écran thermique au niveau d'un flasque 24 de la demi-coquille supérieure 20 par exemple, avec une entretoise 38 interposée entre ledit flasque et la paroi 42 de la turbine du turbocompresseur. Ainsi l'entretoise 38 assure un écartement donné entre le flasque et la paroi 42 de la turbine tandis qu'une rondelle isolante 44 est interposée entre la tSte de la vis 46 et le flasque, l'épaisseur de cette rondelle 44 étant supérieure à la partie en saillie de l'entretoise vers l'extérieur du flasque afin d'éviter tout contact de la tête de la vis 46 avec le flasque ou l'entretoise. Les avantages d'un tel écran thermique sont nombreux et tout d'abord on constate sur toute la partie périphérique correspondant à la base 22 de la section en U une température de peau extérieure très inférieure à la température de la feuille intérieure puisque le matériau 32 assure une isolation thermique entre les deux. Des essais ont montré que la température passait de 700 C intérieur à 350 C en peau. D'autre part, la lame d'air ménagée entre la turbine et la feuille métallique 30 intérieure permet également un premier amortissement de la température. Enfin, cette partie périphérique, correspondant à la base 22, est la partie qui pourrait store par inadvertance touchée par un utilisateur, si bien que la plaque signalétique 26 parfaitement visible assure une information et par là même une protection complémentaire. Par ailleurs, les flasques ne possèdent pas de couche de matériau thermiquement isolant mais d'une part les parois latérales de la turbine sont à des températures inférieures à celles de la partie périphérique, et d'autre part les flasques sont difficilement accessibles à l'utilisateur puisque l'espace entre la turbine et les organes périphériques est très exigu et qu'il permet seulement le logement des entretoises, des flasques et des vis de fixation. Quant au pont thermique éventuel par les vis, il est interrompu par l'isolation constituée par l'entretoise elle-mEme et par la rondelle isolante si bien que seules les testes de vis peuvent être portées à une température supérieure mais elles sont inaccessibles a l'utilisateur. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, il est également prévu que la feuille métallique 30 intérieure comporte une face intérieure, c'est-à-dire la face en vis à vis de la turbine, thermiquement réfléchissante de façon que le rayonnement issu de la turbine soit renvoyé vers celle-ci, ce qui a un double but, premièrement d'augmenter le rôle isolant de l'écran thermique et deuxièmement de maintenir la turbine à une température plus élevée, ce qui augmente son rendement. Le montage en deux demi-coquilles rend le dispositif d'isolation thermique selon l'invention, facile à monter, et d'autre part l'écran peut store réalisé à partir de feuilles métalliques embouties, d'où l'absence de soudure toujours susceptible de rupture à haute température. Cet emboutissage permet par ailleurs de travailler des tales difficilement soudables et/ou munies d'un traitement de surface préalable tel qu'un nickelage par exemple afin de la rendre thermiquement réfléchissante. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection thermique des organes périphériques d'un moteur à explosion équipé d'un turbocompresseur caractérisé en ce qu il comprend un écran thermique (18) amovible disposé autour de la turbine dudit turbocompresseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran thermique (18) comprend deux demi-coquilles (20 et 200) de forme complémentaire de celle de la turbine, à section sensiblement en U. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'écran thermique (18) est fixé directement sur les parois latérales de la turbine par des vis (46) passant à travers des entretoises isolantes 138 et 380) portées par ledit écran. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les entretoises isolantes (38, 380) comprennent une partie faisant saillie vers l'intérieur de l'écran de façon à maintenir un écart donné entre ledit écran et la turbine. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran thermique 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau isolant (32, 320) est un tissu céramique. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les feuilles (28, 30, 280 et 300) sont conformées au profil de la turbine par emboutissage. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la face intérieure de la feuille intérieure (30 ou 300) est une face thermiquement réfléchissante. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de matériau isolant (32, 320) uniquement sur la partie située au droit de la périphérie de la turbine. 10, Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les parties latérales des feuilles métalliques de l'écran constituent les flasques (24 et 240).