Brevet FR2728937A1 — publié le 19960705

La présente invention concerne une structure de robinet-vanne pour le gaz d'échappement d'un turbo- compresseur, et plus particulièrement une structure de robinet-vanne pour le gaz d'échappement permettant de commander la pression de suralimentation d'un turbocompresseur de moteur d'un véhicule. On décrit une structure classique de robinet-vanne pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur, par exemple, dans la publication mise à la disposition du public de la demande de brevet japonais Né 54(1979)-19007. Comme représenté en figure 4, cette structure comprend un logement 102 dans lequel est disposé le rotor 101 d'une turbine et auquel sont connectés, respectivement, un collecteur d'échappement 103 et une conduite 104 de sortie du gaz d'échappement. Au côté entrée du logement 102, c'est-à-dire au côté du logement 102 auquel est connecté le collecteur 103, un trou de dérivation 105 est ménagé et est ouvert ou fermé par une soupape de dérivation 107 qui est entraînée par un dispositif de commande 106 de sorte que la circulation du gaz d'échappement dans un passage de dérivation 108 est contrôlée dans le but de commander la pression de suralimentation. Le passage 108 est formé dans le logement 102 de manière à contourner le rotor 101 de la turbine. Une extrémité du passage 108 est ouverte car le trou de dérivation 105 ménagé dans le côté entrée du logement 102 y est situé. L'autre extrémité du passage 108 est ouverte comme tuyère d'éjection 109 dans le côté sortie du logement 102 o se trouve le côté sortie du rotor 101. La tuyère d'éjection 109 a une forme circulaire et son ouverture est orientée dans la direction de l'écoulement principal du gaz d'échappement déchargé par le rotor 101. Un diffuseur de dérivation 110 qui fait partie du passage 108 est formé dans le logement 102 de façon à entourer la tuyère d'éjection 109. L'aire en coupe ou le volume du diffuseur 110 va en diminuant dans le sens de rotation 2 2728937 du rotor 101 et le diffuseur communique avec la tuyère 109 sur toute sa circonférence. Lorsque la soupape de dérivation 107 est ouverte de manière à commander la pression de suralimentation et qu'une partie du gaz d'échappement déchargée par le moteur entre dans le diffuseur 110 par l'intermédiaire du passage 108, le gaz présent dans le diffuseur 110 est déchargé par la tuyère 109 dans la direction de l'écoulement principal du gaz d'échappement déchargé par le rotor 101 de la turbine. Cependant, la structure classique ci-dessus du robinet-vanne a l'inconvénient suivant. Comme on l'a mentionné ci-dessus, la partie du gaz d'échappement contournant le rotor 101 en traversant le passage 108 est déchargée par la tuyère 109 dans la direction axiale de manière à avoir le même sens que l'écoulement principal du gaz déchargé par le rotor 101. D'autre part, le gaz d'échappement déchargé par le rotor 101 s'écoule en spirale dans le côté sortie du logement 102 et la conduite 104 de sortie de l'échappement. Ainsi, cet écoulement principal en spirale du gaz d'échappement provenant du rotor 101 interfère avec l'écoulement de dérivation du gaz d'échappement provenant de la tuyère 109 et la pression d'échappement du turbo-compresseur, c'est-à- dire la pression du gaz d'échappement au côté sortie du rotor 101 augmente. Il en résulte que la pression du gaz d'échappement au côté entrée du rotor 101 augmente et par conséquent le rendement du turbocompresseur diminue. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir une structure perfectionnée de robinet- vanne pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur qui évite l'inconvénient venant d'être expliqué. Un autre objet de la présente invention est de fournir une structure de robinet-vanne pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur qui permette d'améliorer l'efficacité de ce dernier. 3 2728937 Pour atteindre ces objectifs, on fournit une structure de robinet- vanne pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur qui comporte un logement dans lequel est disposé un rotor de turbine animé d'un mouvement de rotation par le gaz d'échappement, une entrée pour gaz d'échappement qui est ménagée dans le logement de la turbine et qui communique avec l'entrée du rotor de la turbine, une sortie pour gaz d'échappement qui est pratiquée dans le logement de la turbine et qui communique avec la sortie du rotor, un passage de dérivation qui est formé dans le logement de la turbine et qui peut assurer la communication entre l'entrée du gaz d'échappement et sa sortie tout en contournant le rotor de la turbine, une robinet-vanne qui est disposé dans le passage de dérivation et qui ouvre ou ferme ce passage de manière à commander la quantité du gaz d'échappement fournie à l'entrée du rotor, une chambre en spirale formée dans le logement de la turbine, qui débouche dans la sortie du gaz d'échappement et dont l'ouverture circulaire est orientée dans le sens de la circulation du gaz d'échappement déchargé par le rotor, et une rainure en spirale qui est ménagée sur la surface intérieure d'une partie de la sortie du gaz d'échappement au côté plus en aval que l'ouverture circulaire de la chambre en spirale et dont la direction est identique à celle de la rotation du rotor de la turbine. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'une structure de robinet-vanne pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe prise sensiblement le long de la ligne X-X de la figure 1; La figure 3 est une vue en coupe prise sensiblement le long de la ligne Y-Y de la figure 2; et 4 2728937 La figure 4 est une vue en coupe d'une structure de robinet-vanne de la technique antérieure pour turbocompresseur. En figure 1, un arbre 11 est supporté en rotation sur les roulements 23 d'un logement 25. Dans le logement 25, des trous d'huile 26 pour fournir de l'huile aux roulements 23 et des passages d'eau de refroidissement 27 pour le refroidissement du logement sont formés, respectivement. Un logement de turbine 10 est fixé au logement 25 des roulements et un rotor de turbine 12 qui est fixé à une extrémité de l'arbre 11 est disposé dans le logement 10. Le logement 10 comporte une entrée 13 du gaz d'échappement et une sortie 14 du gaz d'échappement. L'entrée 13 communique avec un collecteur d'échappement du moteur (non représenté) et avec une entrée du rotor 12 de la turbine. La sortie 14 communique avec une conduite 18 de sortie du gaz d'échappement et une sortie du rotor 12. Le logement 10 comporte une bride 16 et est fixé à la conduite 18 de sortie du gaz d'échappement par la bride 16. A l'autre extrémité de l'arbre 11, le rotor 20 d'un compresseur lui est fixé et est disposé dans un logement 21 qui est lui-même fixé au logement 25 des roulements. Le logement 21 du compresseur comporte une entrée d'air et une sortie d'air. L'entrée d'air communique avec une conduite d'admission d'air (non représentée) et une entrée du rotor 20 du compresseur. La sortie d'air communique avec le collecteur d'admission du moteur (non représenté) et une sortie du rotor 20 du compresseur. Un mécanisme d'étanchéité bien connu 24 est interposé entre les roulements 23 et le rotor 20. En liaison avec la figure 2 et la figure 3, un passage de dérivation 22 qui exécute la communication entre l'entrée 13 du gaz d'échappement et la sortie 14 du gaz tout en contournant le rotor 12 de la turbine est formé entre le logement 10 de la turbine et la conduite 18 de sortie du gaz d'échappement. Une extrémité du passage 22 débouche dans une partie lOa du passage 2728937 d'entrée du logement 10 entre l'entrée du rotor 12 de la turbine et l'entrée 13 du gaz d'échappement. Comme représenté en figure 2, une rainure 0lc est formée sur la surface extrême opposée du logement 10 par rapport à la conduite 18 de sortie du gaz d'échappement. La rainure 0lc comprend une partie en spirale qui forme une portion cylindrique lO0b dans le logement 10 et dont l'aire en coupe diminue progressivement dans le sens de rotation du rotor 12. Ainsi, comme on l'a indiqué ci- dessus, lorsque la conduite 18 de sortie du gaz d'échappement est fixée au logement 10 de la turbine, le passage de dérivation 22 est formé entre eux et en outre, une chambre en spirale 17 est formée comme constituant une partie du passage 22. Comme représenté en figure 1, la conduite 18 de sortie du gaz d'échappement comporte un alésage intérieur 18a qui présente une portion 18b en forme de cône à sa première extrémité. La portion 18b se traduit par l'augmentation progressive du diamètre de l'alésage intérieur 18a vers le logement 10 de la turbine. La portion cylindrique lOb du logement 10 s'avance dans la portion 18b de la conduite 18 de manière à former une ouverture circulaire fonctionnant en tuyère (tuyère d'injection) 19 entre la portion lO0b et la surface intérieure de la portion 18b. La tuyère 19 communique avec la chambre en spirale 17. Un robinet-vanne 15 est disposé dans le passage de dérivation 22 comme représenté en figure 2 et en figure 3. Le robinet-vanne 15 ouvre et ferme l'extrémité du passage 22 au moyen d'un dispositif de commande 29 de façon que la circulation du gaz d'échappement dans le passage 22 soit contrôlée pour commander la pression de suralimentation. Plus précisément, lorsque le robinet-vanne 15 ouvre le passage 22, une partie du gaz d'échappement qui est fournie à l'entrée 13 entre dans le passage 22. Comme l'aire en coupe ou le volume de la chambre en spirale 17 diminue progressivement avec l'augmentation de la 6 2728937 distance par rapport à l'extrémité du passage 22, la vitesse de l'écoulement du gaz d'échappement est augmentée avec efficacité par la chambre 17 et par conséquent le gaz d'échappement circule de manière uniforme dans la conduite de sortie 18 en suivant la surface circonférentielle intérieure de l'alésage intérieur 18a depuis l'ensemble de la circonférence de la tuyère 19 de façon à tourbillonner dans la conduite de sortie 18, le sens de ce tourbillonnement étant identique au sens de rotation du rotor 12. Comme on l'a mentionné ci- dessus, étant donné que la tuyère 19 est formée par le logement 10 de la turbine et la conduite 18 de sortie du gaz d'échappement, il n'est pas nécessaire d'ajouter des parties supplémentaires pour former la tuyère 19 et en outre la sortie de la conduite 18 n'est pas diminuée. Comme représenté en figure 1 et en figure 3, une rainure en spirale 28 dont la direction est identique au sens de rotation du rotor 12 est formée sur la surface circonférentielle intérieure de l'alésage 18a de la conduite de sortie 18. Le mode de réalisation venant d'être décrit fonctionne de la façon suivante. Lorsque le moteur (non représenté) démarre, le turbocompresseur commence à le suralimenter. Plus précisément, le gaz d'échappement qui pénètre dans l'entrée 13 provoque la rotation du rotor 12 de la turbine et par conséquent, le rotor 20 du compresseur est animé d'un mouvement de rotation par l'arbre 11 de sorte que l'air est suralimenté. Le gaz d'échappement qui entraîne le rotor 12 de la turbine devient un écoulement en spirale G1 (voir figure 1) et est déchargé par la sortie 14 pour entrer dans la conduite de sortie 18. Dans cette situation, le robinet-vanne 15 ferme le passage 22. Le sens de rotation de cet écoulement en spirale G1 est le même que celui du rotor 12 de la turbine. Lorsque la vitesse de rotation du moteur et du rotor 12 de la turbine augmente et donc que la 7 2728937 pression de suralimentation du moteur dépasse une valeur donnée, le robinet-vanne 15 est entraîné et ouvre le passage de dérivation 22. Ainsi, une partie du gaz d'échappement fournie à l'entrée 13 circule toujours dans la conduite de sortie 18 à partir de la tuyère 19 par l'intermédiaire du passage 22 tout en contournant le rotor 12 de la turbine. Il en résulte que la pression de suralimentation est maintenue à une valeur constante (la valeur donnée). Sous l'effet des actions de la chambre en spirale 17 et de la tuyère 19, le gaz d'échappement qui est déchargé dans le passage de dérivation 22 est comprimé et la vitesse de son écoulement augmente. Alors, le gaz d'échappement est déchargé par la tuyère 19 pour entrer dans la conduite de sortie 18 de façon à tourbillonner. Dans cette situation, étant donné que la vitesse du gaz d'échappement déchargé par le rotor 12 de la turbine est inférieure à celle du gaz d'échappement déchargé par la tuyère 19, le gaz déchargé par le rotor 12 est aspiré par un effet d'éjecteur. En outre, le gaz d'échappement qui est déchargé de la tuyère 19 en suivant la surface circonférentielle intérieure de l'alésage 18a de la conduite de sortie 18 circule le long de la rainure en spirale 18 ménagée dans la conduite de sortie 18 et devient un écoulement en spirale G2 qu'on représente en figure 1. Comme le sens de rotation de cet écoulement G2 est identique à celui de l'écoulement G1 du gaz d'échappement déchargé par le rotor 12 de la turbine, les deux écoulements G1 et G2 n'interfèrent pas l'un avec l'autre et en outre l'aspiration, qu'on mentionne ci-dessus, du gaz d'échappement déchargé par le rotor 12 de la turbine se fait d'une façon plus efficace. Comme on l'a mentionné ci-dessus, selon ce mode de réalisation, l'écoulement du gaz d'échappement dans la conduite de sortie 18 devient régulier et par conséquent sa pression dans la sortie 14 et la conduite de sortie 18 diminue. En conséquence, la pression du gaz 8 2728937 d'échappement dans l'entrée 13 diminue et il est donc possible d'améliorer l'efficacité du turbocompresseur. Dans le mode de réalisation expliqué ci- dessus,la conduite de sortie 18 est fixée au logement 10 de la turbine. Cependant, elle peut être en une pièce avec le logement de la turbine. Dans les turbocompresseurs de la technique antérieure, le diamètre du rotor de la turbine a été diminué de manière à augmenter l'efficacité du turbocompresseur dans la zone des faibles vitesses de rotation du moteur. Cependant, dans la zone des vitesses de rotation élevées, la pression du gaz d'échappement déchargé par le moteur augmente et, par conséquent, il y a abaissement des performances du turbocompresseur. Ainsi, il y a une limite dans la diminution du diamètre du rotor de la turbine et par conséquent, on ne peut attendre une nouvelle amélioration des performances du turbocompresseur. Selon la présente invention, étant donné que l'écoulement en dérivation du gaz d'échappement qui est déchargé par la tuyère se transforme en écoulement en spirale de haute vitesse dont le sens de rotation est identique à celui de l'écoulement principal du gaz d'échappement déchargé par le rotor de la turbine, cet écoulement principal est aspiré de manière efficace par l'écoulement en dérivation. En conséquence, la pression du gaz d'échappement à la sortie du rotor de la turbine diminue. Il en résulte que, étant donné qu'on est à même de diminuer le diamètre du rotor de la turbine de façon à améliorer les performances du turbocompresseur dans la zone des faibles vitesses de rotation du moteur sans abaisser celles du turbocompresseur dans la zone des hautes vitesses, il est possible d'améliorer les performances du turbocompresseur dans toute la plage des vitesses de rotation du moteur. 9 2728937 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 2728937 REVENDICATIONS 1 - Structure de robinet-vanne (15) pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur, caractérisé en ce qu'elle comprend: un logement de turbine (10) dans lequel est disposé un rotor de turbine (12) animé d'un mouvment de rotation par le gaz d'échappement, une entrée de gaz d'échappement (13) qui est formée dans le logement de turbine et qui communique avec une entrée du rotor de turbine, une sortie de gaz d'échappement (14) qui est ménagée dans le logement de turbine et qui communique avec une sortie du rotor de turbine, un passage de dérivation (22) qui est formé dans le logement de turbine et qui peut permettre la communication entre l'entrée du gaz d'échappement et la sortie du gaz d'échappement tout en contournant le rotor de turbine, un robinet-vanne (15) qui est disposé dans le passage de dérivation et qui ouvre ou ferme ce passage de manière à commander la quantité du gaz d'échappement fournie à l'entrée du rotor de turbine, une chambre en spirale (17) qui est formée dans le logement de turbine de manière à être située dans le passage de dérivation, qui débouche dans la sortie du gaz d'échappement et dont l'ouverture circulaire est orientée dans le sens de l'écoulement du gaz d'échappement déchargé par le rotor de turbine, et une rainure en spirale (28) qui est formée sur la surface circonférentielle intérieure d'une partie de la sortie du gaz d'échappement se trouvant au côté plus en aval que l'ouverture circulaire de la chambre en spirale et dont la direction est identique au sens de rotation du rotor de turbine. 2 - Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture circulaire de la chambre en spirale est ouverte le long de la surface 11 2728937 circonférentielle intérieure de la sortie du gaz d'échappement. 3 Structure de robinet-vanne (15) pour le gaz d'échappement d'un turbocompresseur, caractérisé en ce qu'elle comprend: un logement de turbine (10) dans lequel est disposé un rotor de turbine (12) animé d'un mouvement de rotation pour le gaz d'échappement, une entrée de gaz d'échappement (13) qui est formée dans le logement de turbine et qui communique avec une entrée du rotor de turbine, une sortie de gaz d'échappement (14) qui est ménagée dans le logement de turbine et qui communique avec une sortie du rotor de turbine, une conduite de sortie de gaz d'échappement (18) qui est reliée à la sortie du gaz d'échappement du logement de turbine, un passage de dérivation (22) qui est formé dans le logement de turbine et qui peut permettre la communication entre l'entrée du gaz d'échappement et la sortie du gaz d'échappement tout en contournant le rotor de turbine, un robinet-vanne (15) qui est disposé dans le passage de dérivation et qui ouvre ou ferme ce passage de manière à commander la quantité du gaz d'échappement fournie à l'entrée du rotor de turbine, une chambre en spirale (17) qui est formée dans le logement de turbine de manière à être située dans le passage de dérivation, qui débouche dans la sortie du gaz d'échappement et la conduite de sortie de ce gaz et dont l'ouverture circulaire est orientée dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement déchargé par le rotor de turbine, et une rainure en spirale (28) qui est formée sur la surface circonférentielle intérieure de la conduite de sortie du gaz d'échappement et dont la direction est identique au sens de rotation du rotor de turbine. 12 2728937 4 - Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'ouverture circulaire de la chambre en spirale est ouverte le long de la surface circonférentielle intérieure de la conduite de sortie du gaz d'échappement.