Brevet FR2771447A1 — publié le 19990528

L'invention concerne une turbine à flux radial de turbo- compresseur à gaz d'échappement comportant une rangée d'aubes directrices réglables, que l'on peut faire pivoter au moyen d'arbres de réglage tourillonnant dans un carter. Une turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement de ce type est connue d'après le document allemand DE 43 09 636 Ai. Des aubes directrices réglables sont prévues, ce qui permet d'accroître la puissance de la turbine, la vitesse de rotation de cette dernière et également la pression d'alimentation. Le rôle principal d'une telle turbine disposée dans le courant des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne est d'entraîner un compresseur qui envoie de l'air aspiré à la pression atmosphérique et comprimé dans ce compresseur, par l'intermédiaire d'une canalisation d'air de suralimentation, aux différents cylindres du moteur à combustion interne. Un autre but d'une telle turbine est cependant également son utilisation dans le fonctionnement en freinage d'un moteur à combustion interne. Pour une utilisation dans le fonctionnement en freinage désigné sous l'expression "turbofreinage", les aubes directrices sont complètement fermées sous l'effet d'une rotation correspondante de leurs arbres de réglage. Cependant un problème réside dans ce qu'on appelle des pertes de fente, qui apparaissent en raison de tolérances inévitables et d'un jeu nécessairement élevé en raison des différences importantes de température et des variations de longueur qui en résultent. En particulier lors du fonctionnement en freinage du turbocompresseur à gaz d'échappement, il existe une différence de pression très élevée entre les zones situées en avant des aubes directrices et les zones situées en arrière des aubes directrices. Une pression de freinage très élevée règne en avant des aubes directrices, alors qu'une pression presque égale à la pression ambiante règne en arrière des aubes directrices en direction de l'installation des gaz d'échappement qui y est raccordée. C'est pourquoi les pertes élevées de fente réduisent fortement la puissance de freinage. En outre les sections transversales de fente, qui sont relativement grandes, et les faibles surfaces d'étanchéité conduisent, également lors du fonctionnement normal de la turbine, à des pertes de rendement. En ce qui concerne l'état général de la technique, on se reportera en outre aux documents DE 39 12 348 C2, DE 195 16 971 Al et DE 39 07 504 C2. Le problème à la base de la présente invention est de perfectionner une turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement du type mentionné plus haut de manière qu'il apparaisse des pertes de fente aussi faibles que possible, notamment lorsque les aubes directrices sont à I'état fermé. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans une turbine du type indiqué plus haut grâce au fait que les aubes directrices comportent, sur leurs côtés longitudinaux perpendiculaires aux axes des arbres de réglage, des rondelles d'étanchéité dont le diamètre est égal à un multiple de l'épaisseur des aubes directrices et que les rondelles d'étanchéité qui sont situées sur le côté tourné à l'opposé des arbres de réglage forment des paliers pour les aubes directrices dans le carter. Les rondelles d'étanchéité, qui sont disposées latéralement sur les côtés longitudinaux des aubes directrices, permettent d'obtenir, grâce à des aubes directrices réglées de façon correspondante, une forte réduction des pertes de fente, notamment lorsque la grille directrice est fermée. En particulier dans le fonctionnement de la turbine en tant que frein moteur, lors duquel des forces de compression élevées correspondantes agissent sur la grille directrice ou les aubes directrices, on obtient de ce fait une étanchéité nettement meilleure et par conséquent un accroissement élevé de l'action de freinage. Cette réduction des pertes de fente contribue également, dans le cas du fonctionnement à alimentation commandée, à améliorer le rendement de la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement étant donné que ceci permet d'éviter également des écoulements enveloppants, qui n'ont aucun effet, des aubes directrices. Un autre avantage des rondelles d'étanchéité selon l'invention réside dans le fait que sous l'effet du tourillonnage supplémentaire des aubes directrices au moyen des rondelles d'étanchéité sur le côté tourné à I'opposé des arbres de réglage, on obtient un tourillonnage plus stable des aubes, ce qui est avantageux notamment dans le cas des forces élevées de compression lors du fonctionnement en freinage. La grille directrice fermée est par conséquent nettement plus stable. Sur le côté des arbres de réglage, les aubes directrices peuvent tourillonner de façon connue par les arbres de réglage. Cependant on peut avantageusement utiliser également, sur ce côté, les rondelles d'étanchéité au moins en partie comme paliers pour le tourillonnage, étant donné qu'en raison du diamètre élevé des rondelles d'étanchéité, on peut obtenir de ce fait des surfaces de tourillonnage nettement plus grandes. Lorsque, selon une variante de réalisation avantageuse de I'invention, il est prévu que les rondelles d'étanchéité forment au moins en partie des paliers sur le côté tourné vers les arbres de réglage, les pertes de fente sont encore réduites de façon supplémentaire. Grâce à une structuration de surface des côtés arrière des rondelles tournées à l'opposé des aubes directrices, on obtient un tourbillonnement et une turbulence de I'écoulement massique dans la fente et par conséquent la résistance d'écoulement est fortement accrue, ce qui permet de réduire plus fortement l'écoulement massique de fente, qui réduit le rendement. On obtient un effet similaire au moyen de dispositions prévoyant un système d'étanchéité à labyrinthe sur les côtés arrière des rondelles d'étanchéité Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le diamètre des rondelles d'étanchéité correspond au moins approximativement aux demi-longueurs des aubes directrices. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - figure 1 représente une coupe longitudinale de la turbine du compresseur à gaz d'échappement selon l'invention; - la figure 2 représente une vue de face de la grille directrice comportant les aubes directrices à l'état ouvert; - la figure 3 représente une vue de face de la grille directrice comportant les aubes directrices dans l'état fermé; - la figure 4 représente une vue à plus grande échelle d'une partie correspondante X sur la figure 1; et - la figure 5 représente une vue en perspective de trois aubes directrices disposées côte-à-côte avec des rondelles d'étanchéité et des arbres de réglage. Fondamentalement, la turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement représentée sur la figure 1 est d'un type connu et travaille, dans le mode de fonctionnement connu, aussi bien selon un fonctionnement à allumage commandé que selon un fonctionnement de freinage du moteur à combustion interne, et c'est pourquoi ci-après on décrira de façon détaillée uniquement les parties essentielles pour l'invention. La turbine 1 du turbocompresseur à gaz d'échappement, représentée seulement partiellement, comporte une alimentation radiale des aubes, qui s'effectue à partir d'une circulation en spirale, et une évacuation axiale à partir des aubes. Les parois, qui délimitent un canal parcouru par l'écoulement, en amont des aubes mobiles 3 sont une paroi intérieure de gauche et une paroi intérieure de droite d'un carter 4. Une multiplicité d'aubes directrices 5 réparties sur la périphérie dans le canal 2 tourillonnent respectivement au moyen d'arbres de réglage 6 dans le carter 4. Chaque arbre de réglage 6 comporte un levier basculant 7, sur son extrémité tournée à l'opposé de l'aube directrice 5. Les leviers de réglage 7 et par conséquent les arbres de réglage 6 sont réglés en commun et de façon synchrone, d'une manière non représentée de façon détaillée, par un dispositif d'actionnement 8. Le réglage angulaire des leviers de réglage 7 peut s'effectuer par exemple à l'aide de moyens d'actionnement qui sont connus dans le domaine de la construction des compresseurs. Sur leurs côtés longitudinaux, qui sont perpendiculaires aux axes longitudinaux des arbres de réglage 6, c'est-à-dire latéralement sur les aubes directrices 5 sont disposées des rondelles d'étanchéité 9, qui sont en général formées d'un seul tenant respectivement avec les aubes directrices 7 et les arbres de réglage 6. Comme cela est visible notamment sur la représentation à plus grande échelle de la figure 4, les deux rondelles d'étanchéité latérales 9 forment également simultanément des paliers 10 et 11 pour les aubes directrices 5 dans des perçages du carter 4. De cette manière, on obtient un tourillonnage double ou bilatéral à la place d'un tourillonnage des aubes directrices 5 qui est en général seulement unilatéral. Mais étant donné que des écoulements massiques de fente peuvent circuler par-dessus les faces arrière des rondelles d'étanchéité 9, au- delà des paliers 10 et 11, les rondelles d'étanchéité 9 comportent, sur leurs faces arrière, des joints d'étanchéité à labyrinthe ou des surfaces structurées 12. Ceci est avantageux notamment respectivement pour le palier 10 qui est agencé en général sous la forme d'un palier radial. Le type et la configuration de la structuration de surface peuvent être choisis librement. Ce qui est essentiel c'est uniquement que l'on obtienne de ce fait un tourbillonnement et une turbulence appropriés, ce qui permet d'accroître la résistance d'écoulement et de réduire fortement l'écoulement massique de fente, qui réduit le rendement et passe par les fentes arrière des rondelles d'étanchéité 9. Sur les figures 2, 3 et 5 on voit clairement que grâce à la présence des rondelles d'étanchéité latérales 9 et en raison de leur diamètre nettement supérieur à l'épaisseur des aubes directrices 5, les fentes sur les deux côtés des aubes directrices 5 sont fortement réduites. Comme cela est visible notamment sur la figure 5, par rapport aux faibles épaisseurs des aubes directrices 5, on dispose d'une surface d'étanchéité latérale nettement plus longue, en raison des diamètres importants des rondelles d'étanchéité 9. Ceci est valable notamment par rapport aux épaisseurs très faibles des aubes directrices dans la zone de leurs faces frontales. Les pertes de fente dans la zone des extrémités ou des faces frontales avant et arrière des aubes directrices 5 subsistent nécessairement étant donné que pour des raisons de construction, des limites sont imposées aux augmentations du diamètre des rondelles d'étanchéité 9, et comme cela est visible notamment sur la figure 3, grâce à un choix approprié du diamètre des rondelles d'étanchéité 9, on peut obtenir une réduction importante des pertes de fente presque sur la moitié, ou même plus, des longueurs des aubes directrices. Les rondelles d'étanchéité 9 situées sur les côtés tournés vers les arbres de réglage 6 peuvent naturellement être également agencées sous la forme de pures rondelles d'étanchéité, le tourillonnage des aubes directrices 5 s'effectuant de façon connue au moyen des arbres de réglage 6 eux- mêmes. Dans ce cas on équipe alors les rondelles d'étanchéité 9, sur ce côté et également sur leurs côtés arrière, de surfaces structurées servant à réduire des écoulements massiques de fente. L'invention a été décrite dans ce qui précède en référence à ce qu'on appelle une turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement dite à un flux. Naturellement, il est possible d'agencer les aubes directrices 5 avec les rondelles d'étanchéité latérales 9 également dans le cas d'une turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement à deux flux, auquel cas les aubes directrices sont disposées dans un écoulement principal, et on obtient parallèlement à l'écoulement principal un faible écoulement étranglé par l'intermédiaire d'une grille de freinage avec de très faibles fentes. De même dans ce cas les rondelles d'étanchéité sont avantageuses pour réduire la fente dans l'écoulement principal et pour un fonctionnement de freinage résultant recherché et défini de façon précise. Il en va de même pour le rendement d'une turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement à deux5 flux dans le fonctionnement à allumage commandé. REVENDICATIONS 1. Turbine à flux radial de turbocompresseur à gaz d'échappement comportant une rangée d'aubes directrices réglables, que l'on peut faire pivoter au moyen d'arbres de réglage tourillonnant dans un carter, caractérisée en ce que les aubes directrices (5) comportent, sur leurs côtés longitudinaux perpendiculaires aux axes des arbres de réglage, des rondelles d'étanchéité (9) dont le diamètre est égal à un multiple de l'épaisseur des aubes directrices (5), et que les rondelles d'étanchéité (9) qui sont situées sur le côté tourné à l'opposé des arbres de réglage (6) forment des paliers (10) pour les aubes directrices (5) dans le carter (4). 2. Turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rondelles d'étanchéité (9) forment au moins en partie des paliers (11) sur le côté tourné vers les arbres de réglage (6). 3. Turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les rondelles d'étanchéité (9) comportent, sur leurs côtés arrière tournés à l'opposé des aubes directrices (5), au moins en partie des surfaces structurées. 4. Turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les rondelles d'étanchéité (9) comportent, sur leurs côtés tournés à l'opposé des aubes directrices (5), des joints d'étanchéité à labyrinthe. 5. Turbine de turbocompresseur à gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le diamètre des rondelles d'étanchéité (9) correspond au moins approximativement aux demi longueurs des aubes directrices (5).