Brevet FR2756010A1 — publié le 19980522

L'invention concerne un turbocompresseur à gaz d'échappement pour moteurs à combustion interne, comportant une turbine et un compresseur, un rotor de compresseur pourvu d'aubes, qui est entraîné par l'intermédiaire du rotor de turbine chargé par les gaz d'échappement, et qui est situé dans le carter du compresseur et dont l'entrée axiale est située dans la zone d'un canal axial d'aspiration, dans laquelle une rainure radiale d'entrée est prévue en amont du rotor du compresseur et une rainure radiale profilée est prévue en aval du bord d'entrée du rotor du compresseur dans la zone de chevauchement avec l'entrée de ce rotor de compresseur, et dans lequel les deux rainures sont prévues de manière à relier axialement une chambre annulaire, qui est limitée, par rapport au canal d'aspiration, par une barrette annulaire formant une partie de la paroi du canal. Les turbocompresseurs à gaz d'échappement du type indiqué précédemment sont connus dans la pratique. Comme mesure de stabilisation des courbes caractéristiques, on prévoit, sur le contour du rotor du compresseur approximativement dans le premier quart de la longueur du rotor, parallèlement au canal d'aspiration, un bipasse sous la forme d'une fente annulaire à l'intérieur d'un carter du compresseur, ce bipasse étant formé par une rainure radiale d'entrée, qui est située en amont du rotor du compresseur, une rainure radiale profilée, qui est située en aval du bord d'entrée du rotor du compresseur, et une chambre annulaire reliant ces deux rainures. En raison de la fente annulaire parallèle au canal d'aspiration et par conséquent à l'entrée proprement dite dans le rotor, on obtient des flux massiques de dérivation, qui, dans la zone o l'exigence de flux volumique est minimale et dans la zone de la limite d'engorgement, c'est-à-dire dans la zone o l'exigence concernant le flux volumique est maximale, permettent un décalage vers des flux volumique plus petits ou plus importants, par rapport à des machines possédant un même type d'agencement, sans bipasse. L'extension avantageuse et souhaitable ainsi obtenue du champ des caractéristiques est acquise au prix d'inconvénients concernant le rendement, qui se manifestent par un niveau de bruit parasite accru, et c'est pourquoi l'invention a pour but d'indiquer une solution qui, tout en respectant l'extension recherchée du champ de caractéristiques, évite lesdits inconvénients. Conformément à l'invention, ceci est obtenu grâce au fait qu'au moins l'une des deux rainures radiales a une largeur variable, c'est-à-dire qu'il est prévu d'agencer le bipasse de manière que sa section transversale effective soit variable, et ce de préférence de telle sorte que la section transversale de bipasse soit disponible uniquement dans les zones du champ de courbes caractéristiques du compresseur, situées à proximité de la limite de fonctionnement en pompe et/ou de la limite d'engorgement, avec une largeur optimisée, c'est-àdire avec une section transversale optimisée, mais puisse être fermée entre ces zones. A cet effet, il est approprié, dans le cadre de l'invention, de rendre variable la largeur de la rainure d'entrée et/ou de la rainure profilée et de préférence de l'agencer de manière à pouvoir la fermer. Comme élément de fermeture, on peut prévoir dans le cadre de l'invention un coulisseau annulaire, ce coulisseau annulaire pouvant être agencé également sous la forme de plusieurs éléments de sorte que les deux rainures peuvent être recouvertes sous l'effet d'un déplacement télescopique. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le coulisseau annulaire (douille coulissante) forme une partie axiale, située entre les deux rainures, de la paroi du canal d'aspiration. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une représentation schématique d'un champ de caractéristiques d'un compresseur, et - la figure 2 montre une représentation en coupe schématique de la partie formant compresseur d'un turbocompresseur à gaz d'échappement. Dans le champ de courbes caractéristiques du compresseur, représenté sur la figure 1, on a porté le débit massique mi en fonction du rapport total de pressions Try, qui est obtenu côté compresseur, à partir du rapport de la pression de sortie à la pression d'entrée. La gamme de travail d'un compresseur usuel est délimitée par des éléments de courbes 1 et 2, l'élément de courbe 1 représentant la limite de fonctionnement en pompe du compresseur, c'est-à-dire le débit volumique minimal possible avec le compresseur, et l'élément de courbe 2 représentant la limite d'engorgement, c'est-à-dire le débit volumique maximal possible pour le compresseur. Entre les éléments de courbes 1 et 2, on a marqué des courbes 4 correspondant à une vitesse de rotation constante, le débit massique augmentant également avec la vitesse de rotation. Une extension de ce champ de caractéristiques dans le sens d'un écartement à partir de la limite de fonctionnement en pompe ainsi qu'à partir de la limite de blocage est représentée schématiquement par une courbe formée de tirets pour la limite de fonctionnement en pompe - section de courbe 5 et par des courbes en pointillés pour la limite de blocage - élément de courbe 6 -, et ce respectivement en liaison avec une allure correspondante plus plate des courbes correspondant à des vitesses de rotation constantes 7 et 8, ces dernières étant marquées uniquement à titre de comparaison par rapport à la courbe caractéristique maximale de la vitesse de rotation. On obtient une extension du champ de caractéristiques à l'aide d'un dispositif de bipasse, comme cela va être expliqué de façon plus détaillée en référence à la figure 2. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement la partie formant compresseur d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, le carter du compresseur étant désigné par le chiffre de référence 10 et comportant un canal d'aspiration axial 12. Le rotor 11 du compresseur présente, dans le cas d'une entrée axiale, une sortie radiale et est entraîné par le rotor coaxial de turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement, ce qui n'est pas représenté ici de façon détaillée. Par ailleurs le compresseur possède un agencement essentiellement symétrique par rapport à l'axe 13, représenté ici par une ligne en trait mixte, du rotor 11 du compresseur, et c'est pourquoi la représentation a pu être limitée à une moitié du compresseur. Au niveau de la jonction avec la zone d'entrée du rotor 11 du compresseur, qui est pourvu d'aubes qui se terminent en étant libres, au moins dans la zone d'entrée, en direction du carter 10, au canal d'aspiration 12 est associé un bipasse 14, qui est disposé avec une forme annulaire concentriquement par rapport à l'axe 13 autour du rotor 11 du compresseur et qui est constitué, de façon détaillée, par une rainure radiale d'entrée 15, une rainure radiale profilée 16 et une chambre annulaire 17 qui relie les deux rainures 15 et 16 et s'étend axialement entre ces dernières. La rainure d'entrée est située en amont du rotor 11 du compresseur, la rainure profilée 16 est située, dans la zone de recouvrement avec le rotor 11 du compresseur, approximativement dans le premier quart de la longueur du rotor, et la chambre annulaire 17 est limitée entre les rainures 15 et 16 par un élément de paroi annulaire 18 par rapport au canal d'aspiration 12, qui est retenu au moyen de barrettes 19 par rapport au prolongement du carter 10. Cet élément de paroi annulaire 18 est réduit axialement, conformément à l'invention, à une section centrale de guidage, et la largeur des rainures, c'est-à-dire de la rainure d'entrée 15 et de la rainure profilée 16, est déterminée par une douille coulissante 20 qui est guidée dans l'élément de paroi annulaire 18. Sous l'effet du déplacement axial de la douille coulissante 20, on peut modifier au choix la largeur de la rainure d'entrée 15 ou de la rainure profilée 16. Si on réalise la douille coulissante à double paroi, un allongement de cette douille peut s'effectuer de façon télescopique, ce qui n'est pas représenté ici de façon détaillée, et on peut modifier de façon correspondante les largeurs des rainures, indépendamment l'une de l'autre. Dans le cas o le système télescopique est entièrement déployé, on peut fermer les deux rainures. On peut obtenir également un effet correspondant, ce qui n'est également pas représenté ici, grâce à une subdivision de la douille coulissante en deux moitiés et un déplacement axial correspondant réciproque des moitiés. Grâce à la configuration de base, à savoir l'utilisation d'un bipasse 14, on peut obtenir l'extension, illustrée sur la figure 1, du champ de caractéristiques du compresseur. Le mécanisme d'action est tel que, dans la zone de la limite de fonctionnement en pompe, en raison des pressions qui s'établissent, de l'air pénètre dans la chambre annulaire 17 par l'intermédiaire de la rainure profilée 16, et le volume annulaire correspondant circule en direction de la rainure d'entrée 15, sort par l'intermédiaire de cette rainure dans le canal d'aspiration 12 et est renvoyé ainsi à nouveau au flux massique principal en amont de l'entrée dans le rotor. La masse, qui est séparée par dérivation dans le rotor 11 du compresseur, traverse par conséquent le volume du bipasse en sens opposé du sens d'écoulement principal et agit ainsi de manière à amortir les variations de pression qui apparaissent dans la zone de la limite de fonctionnement en pompe. Sous l'effet du reflux et du tourbillon recirculant, qui apparaît de ce fait, on obtient dans la zone extérieure des aubes du rotor un accroissement du débit du compresseur, qui s'oppose à la tendance au décollement dans le cas du débit total relativement faible du compresseur et réduit cette tendance. Dans le cas des faibles débits massiques considérés du compresseur, on évite ainsi des décollements de l'écoulement sous l'effet des écoulements incidents élevés erronés de la zone extérieure des aubes. Dans la zone de la limite d'engorgement, on obtient un écoulement inverse. La rainure d'entrée 15 ou la section transversale libre, qui est définie par la rainure d'entrée 15, la rainure profilée 16 et la chambre annulaire 17, agit quasiment en tant qu'accroissement de la surface d'entrée du compresseur, ce qui accroît le débit de dimensionnement du compresseur, en d'autres termes la limite d'engorgement est décalée vers des débits plus élevés. Les inconvénients pour le rendement du compresseur, qui sont associés à ces dispositions, notamment entre les zones extrêmes "limite de fonctionnement en pompe" et "limite d'engorgement", sont évités par le fait qu'on peut modifier respectivement la largeur de la rainure d'entrée 15 et/ou de la rainure profilée 16 par l'intermédiaire du coulisseau 20, et que l'on peut complètement les fermer aussi bien dans le sens de l'optimisation au niveau de la limite de fonctionnement en pompe qu'en rapport avec l'optimisation dans la zone de la limite d'engorgement, mais notamment également dans la partie intercalaire du champ de courbes caractéristiques du compresseur de sorte qu'il est possible d'éviter des réductions du rendement et l'apparition de bruits accrus produits par les rainures. Comme grandeurs caractéristiques pour le réglage respectif des largeurs des rainures, on peut utiliser des grandeurs de mesure caractéristiques de pompes telles que la pression, le niveau acoustique ou des variations critiques de ces grandeurs, auquel cas un réglage adaptatif est approprié. En outre, on peut utiliser la commande au moyen d'un champ électronique mémorisé de caractéristiques, adapté au moteur respectif, pour la largeur respective de rainures en fonction du point respectif de fonctionnement du moteur. REVENDICATIONS 1. Turbocompresseur à gaz d'échappement pour moteurs à combustion interne, comportant une turbine et un compresseur, un rotor de compresseur pourvu d'aubes, qui est entraîné par l'intermédiaire du rotor de turbine chargé par les gaz d'échappement, et qui est situé dans le carter du compresseur et dont l'entrée axiale est située dans la zone d'un canal axial d'aspiration, dans laquelle une rainure radiale d'entrée est prévue en amont du rotor du compresseur et une rainure radiale profilée est prévue en aval du bord d'entrée du rotor du compresseur dans la zone de chevauchement avec l'entrée de ce rotor de compresseur, et dans lequel les deux rainures sont prévues de manière à relier axialement une chambre annulaire, qui est limitée, par rapport au canal d'aspiration, par une barrette annulaire formant une partie de la paroi du canal, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux rainures radiales (15,16) a une largeur variable. 2. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux rainures radiales (15,16) peut être fermée. 3. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la rainure d'entrée (15) a une largeur variable. 4. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la rainure profilée (16) a une largeur variable. 5. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un élément de fermeture prévu pour une rainure et/ou pour les deux rainures (15,16) est un coulisseau annulaire axial (douille coulissante 20). 6. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le coulisseau annulaire est formé de plusieurs éléments. 7. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le coulisseau annulaire est agencé avec une forme télescopique. 8. Turbocompresseur à gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le coulisseau annulaire (douille coulissante 20) forme une partie axiale, située entre les deux rainures (15,16), de la paroi du canal d'aspiration (17).