Brevet FR2810372A1 — publié le 20011221

L'invention concerne un turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement pour un moteur à combustion interns, comprenant une turbine et un compresseur entraîné par la turbine, le compresseur présentant une roue de compresseur montée dans un canal d'écoulement de compresseur, avec au moins un canal de déversement, s'étendant radialement, extérieurement, sur la roue de compresseur dans la direction axiale de la roue de compresseur et communiquant avec le canal d'écoulement de compresseur, et avec un anneau de déversement constitué de deux anneaux partiels, pour obtenir le réglage variable de l'aire de section transversale d'écoulement efficace du canal de déversement, les anneaux partiels étant réglables l'un par rapport l'autre. !5 La plage de travail des compresseurs montés dans les turbo-compresseurs entrainés par les gaz d'échappement est limitée par une limite de pompage et une limite de blocage, ces lignes limites définissant un champ de caractéristiques qui caractérise le comportement du compresseur. Dans le cas d'un fonctionnement du compresseur à proximité de la limite de pompage, il y a sur les aubes de la roue de 'compresseur des zones de décollement, localement limitées, de l'écoulement, qui peuvent avoir comme conséquence une pulsation de l'écoulement avec une alternance périodique du sens d'écoulement. La limite de pompage du compresseur peut étre atteinte si l'on véhicule par le compresseur des débit-volumes toujours plus petits. Si, par contre, le point de travail du compresseur se déplace dans le champ de caractéristique de compresseur vers des débits-volumes toujours plus grands, on peut atteindre la limite de blocage qui se caractérise par le fait qu'un blocage du débit-volume se produit à l'entrée de la roue. Pour élargir la plage de fonctionnement des compresseurs, on peut prévoir des dispositions visant à stabiliser le champ de caractéristiques, dispositions qui procèdent tant par un décalage de la limite de pompagej qu'également de la limite de blocage, en faveur d'un élargissement de la plage de travail. Une telle disposition de stabilisation du champ de caractéristiques est connue par exemple par le document DE 42 13 047 Ai selon lequel, dans le carter de compresseur est prévu, parallèlement au canal d'entrée au compresseur, une voie de dérivation qui ponte un tronçon de canal d'entrée d'écoulement. Si le compresseur fonctionne dans la zone de la limite de pompage, la dérivation permet d'avoir une recirculation orientée d'un débit masse partiel, qui est retourné dans la dérivation, dans le sens inverse de la direction de refoulement. Le débit-masse partiel est ramené au débit- masse principal et est véhiculé dans le compresseur de nouveau conjointement avec celui-ci. La limite de blocage peut également être déplacée en faveur d'un élargissement de la plage de travail, en cédant d'une disposition visant à stabiliser le champ de caractéristiques. Lorsque les débits-volumes deviennent plus gros, du fait de la section transversale supplémentaire offerte à la dérivation, de l'air d'aspiration est véhiculé dans le compresseur, faisant que la limite de blocage se déplace dans la direction des plus grands débits-masses. Concernant l'objet du DE 42 13 047 Ai, il est désavantageux que la disposition de stabilisation du champ de caractéristiques soit de nature rigide, n'ayant aucune possibilité de réglage et soit intégrée de façon non modifiable dans le carter du compresseur, de sorte qu'il est impossible d'opérer une adaptation individuelle de l'écoulement dans la dérivation, en fonction du point de travail auquel fonctionne le compresseur. Le DE 198 23 274 C1 présente à cette fin un perfectionnement. Dans le compresseur décrit dans ce document, pour obtenir un réglage variable de la section transversale efficace de l'écoulement, dans la dérivation, il est prévu un élément obturateur réglable, qui est réalisé sous la forme de grilles directrices réglables de façon variable, grilles constituées de deux anneaux disposée de façon concentrique. En partant de ces états de la technique, l'invention a comme base le problème d'équiper un compresseur monté dans S un turbo-compresseur entrainé par des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, doté d'un champ de caractéristiques élargi, avec des moyens simples. Ce problème est résolu selon l'invention par le fait que, dans chaque anneau. partiel, est prévue au moins une o10 gorge de déversement s'étendant axialement, formant le canal de déversement, ayant une étendue radiale dans l'anneau partiel, et que les anneaux partiels sont réglables, entre une position de recouvrement, dans laquelle les gorges de déversement ménagées dans les deux anneaux partiels sont en recouvrement, et une position de blocage, dans laquelle les gorges de déversement ménagées dans les anneaux partiels sont au moins partiellement hors de prise. Selon l'invention, il est prévu que chaque anneau partiel du dispositif de réglage, constitué globalement de deux anneaux partiels, présente, pour obtenir le réglage variable de l'aire de la section transversale efficace d'écoulement, au moins une gorge de déversement s'étendant axialement, ayant une étendue radiale, et que les deux anneaux partiels soient réalisés de façon à être réglables l'un par rapport à l'autre, de manière que les gorges de déversement ménagées dans chaque anneau partiel, puisse être réglée en une position de recouvrement et une position de blocage, sachant que, dans la position de recouvrement il est possible d'avoir un débit traversant dans la gorge de déversement, et que, dans la position de blocage le débite est réduit, voire bloqué. Les gorges de déversement forment ici le canal de déversement, il est ainsi superflu de prévoir une dérivation séparée coaxialement par rapport à la zone d'écoulement du compresseur dans le carter du compresseur. Au moins l'un des deux anneaux partiels est avantageusement réalisé de façon à pouvoir tourner et peut être réglé par l'intermédiaire d'un élément de-réglage et d'asservissement, de manière appropriée en fonction de5 l'état de fonctionnement du moteur à combustion, le réglage étant d'une valeur angulaire prédeterminée, pour réaliser un passage de la position de recouvrement à la position de blocage ou inversement. Lorsqu'on est dans la position de recouvrement, la section transversale libre de la gorge de déversement prend une valeur maximale, quand on est en position de blocage, par contre, la section transversale d'écoulement libre est réduite à un minimum, le cas échéant réduite à O. Lorsque l'on a des anneaux partiels réglables en rotation l'un par rapport à l'autre, l'aire de la section transversale libre d'écoulement dans les gorges de déversement est déterminée par le degré de recouvrement des gorges de déversement dans la transition de la gorge de déversement en U des deux anneaux partiels. Les deux anneaux partiels sont, avantageusetnent, disposés radialement l'un au-dessus de l'autre - concentriquement - avec un anneau partiel voisin de la roue de compresseur, placé radialement à l'intérieur, et un anneau partiel, placé extérieurement, opposé à la roue de compresseur. Dans la position de recouvrement en U, les sections transversales des gorges de déversement sur la face radialement extérieure de l'anneau partiel intérieur et les sections transversales des gorges de déversement sur la face radialement intérieure de l'anneau partiel extérieur sont en recouvrement. La position de blocage est obtenue par une rotation relative des deux anneaux partiels l'un par rapport à l'autre en faisant passer les deux sections transversales coresponsables des gorges de déversement associées de l'anneau partiel intérieur et de l'anneau partiel extérieur en une position d'engagement extérieur. Dans la position de blocage, le canal de déversement est ainsi formé uniquement par la gorge de déversement ouverte ou subsistante de l'anneau partie intérieur, qui de manière appropriée s'étend radialement à travers toute la paroi de l'anneau partiel intérieur. La section transversale libre d'écoulement de la gorge de déversement est déterminée essentiellement par la profondeur de gorge, mesurée en. direction radiale, de laJ gorge de déversement. La profondeur de gorge de la gorge de déversement de l'anneau partiel intérieur fait, de préférence, entre 10 et 50 % de la profondeur de gorge S globale des deux gorges de déversement, formée par une addition des différentes profondeurs de gorges de l'anneau partiel intérieur et de l'anneau partiel extérieur, De manière correspondante, le débit-volume maximal possible passant par la gorge de déversement en position de blocage peut être réduit à 10 à 50 % de la valeur que l'on a dans la position de recouvrement. On peut ainsi envisager une réduction de las section transversale libre d'écoulement, en particulier dans la plage de fonctionnement située entre la limite de pompage et la limite de blocage du champ de caractéristique du compresseur, du fait que, dans cette plage de champ de caractéristiques stable, ne doit s'effectuer aucune recirculation d'air ou bien une circulation d'air seulement faible, pour ne pas nuire à un pompage d'air optimal par la roue de compresseur. Avantageusement, une pluralité de gorges d'écoulement sont réparties régulièrement sur la périphérie des deux anneaux partiels pour permettre une recirculation d'air régulière sur la périphérie par les gorges d'écoulement. Les gorges d'écoulement sont orientées non pas radialement, mais sous un angle déterminé par rapport à la direction périphérique dans les anneaux partiels; elles s'étendent de manière appropriée tangentiellement dans les anneaux partiels. De ce fait, elles confèrent une composante rotatoire souhaitée à l'écoulement de recirculation. En variante ou en plus aux anneaux partiels situés radialement les uns audessus des autres, il peut également être approprié de prévoir deux ou plus anneaux partiels se suivant axialement les uns les autres, dont les gorges d'écoulement peuvent êtres réglés en position de recouvrement ou en position-blocage, par une rotation d'un ou plusieurs anneaux partiels. Dans ce mode de réalisation, en particulier, on peut influer sur l'étendue axiale des gorges d'écoulement. Les anneaux partiels qui se suivent axialement les uns les autres peuvent le cas échéant également être combinés avec des anneaux partiels places' radialement les uns au dessus des autres. Il est enfin également possible de disposer plus de deux anneaux partiels radialement les uns au-dessus des autres et ou axialement les uns à la suite des autres. D'autres avantages et modes de réalisation appropriés sont indiqués dans les autres revendications, la description des figures et des dessins, dans lesquels; La figure 1 représente une coupe d'un compresseur avec un anneau de déversement réglable, dans un turbo- compresseur entraîné par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, La figure 2 représente en vue de côté l'anneau de déversement constitué de deux anneaux partiels concentriques situés radialement l'un au- dessus de l'autre, La figure 3 représente une vue de côté des deux anneaux partiels de l'anneau de déversement, en position de recouvrement, La figure 4 est une vue en élévation correspondant à la figure 3, l'anneau partiel extérieur de 1'anneau de déversement étant tourné pour étre placé en position de blocage. 2E Dans les figures annexées, on a désigné des composants identiques par des caractères de référence identiques. Le compresseur 1 représenté sur la figure 1 forme un composant d'un turbocompresseur entraîné par des gaz d'échappement, pour un moteur à combustion interne, par exemple pour un moteur à allumage extérieur commandé et/ou un moteur à combustion de type diesel. Le compresseur 1 est réalisé sous forme de compresseur radial et présente, dans un carter 2, une roue de compresseur 3 qui est entraîné par la turbine du turbo compresseur entraîné par les gaz d'échappement. La roue de compresseur 3 est disposée de façon à pouvoir tourner dans un canal d'écoulement de compresseur 4, appartenant au carter 2. Par l'intermédiaire d'une rotation de la roue de compresseur 3, on aspire axiale ment, dans le sens de la flèche 5, de l'air neuf dans le canal d'écoulement 4 du compresseur et on le' comprime pour atteindre une pression de suralimentation élevée. Après la compression, l'air de suralimentation est dirigé, par un diffuseur 6, dans un canal spiral 7 dans le S carter 2 du compresseur 1. L'air de suralimentation du moteur à combustion interne est fourni au canal spiral, après avoir été extrait de la sortie. Dans le canal d'écoulement de compresseur 4 est disposé un anneau de déversement 8, concentrique par rapport à la roue de compresseur 3, l'anneau de déversement 8 entourant radialement la roue de compresseur 3. Dans l'anneau de déversement 8 sont prévus des canaux de déversement, par lesquels il est possible de véhiculer de l'air pratiquement coaxialement vers le canal d'écoulement de compresseur 4. Les canaux de déversement que l'on a dans l'anneau de déversement 8 constituent une dérivation par rapport au canal d'écoulement du compresseur 4, dérivation par l'intermédiaire de laquelle on peut réaliser un élargissement de la plage de fonctionnement du compresseur, entre la limite *de pompage et la limite de blocage. La section transversale d'écoulement efficace est réglable de façon variable, par l'intermédiaire des canaux de déversement, afin d'obtenir un comportement d'écoulement qui soit adapté à l'état de fonctionnement différent du compresseur, au moyen des gorges d'écoulement ménagées dans l'anneau de déversement 8. On a représenté sur la figure 1 une recirculation d'un débit masse partiel de l'air neuf injecté, à l'encontre de la direction d'écoulement principal 5 et une réintroduction subséquente dans la direction d'écoulement principal. Le débit-masse partiel peut être ramifié, retourné et réintégré par les gorges de déversement s'étendant axialement, ménagées dans l'anneau de déversement 8. La plage de fonctionnement représentée avec un débit-masse partiel guidé à l'encontre de la direction principale d'écoulement est réalisée dans le cas d'un fonctionnement dans la zone de limite de pompage du compresseur. En cas dlun fonctionnement dans la zone de limite de blocage, on guide également un débit-masse partiel axialement par les gorges de déversement de l'anneau de déversement 8, cependant dans le même sens que le sens de l'écoulement principal 5 du flux d'air 9 qui s'introduit dans le canal d'écoulement du compresseur 4. Dans le domaine industriel, entre la limite de pompage et la limite de blocage, de manière appropriée on annule ou l'on réduit à un minimum un débit traversant des canaux de déversement en limitant avantageusement l'aire de la section transversale des gorges d'écoulement. La figure 2 représente une vue de côté d'un anneau de déversement 8. L'anneau de déversement 8 est construit en deux parties et présente un anneau partiel 10 radialement intérieur, ainsi qu'un anneau partiel il radialement extérieur, entourant l'anneau partiel intérieur. L'anneau partiel intérieur 10 est, de manière appropriée, disposé de façon fixe par rapport au carter. L'anneau partiel extérieur 11 est, de préférence, susceptible de tourner sur l'anneau partiel intérieur 10 et peut pivoter dans la direction de la flèche 13 par rapport à l'anneau partiel intérieur. Sur l'anneau partiel extérieur 11, agit un élément de réglage ou d'asservissement 12, provoquant un déplacement de réglage de la part de l'anneau partiel extérieur 1i, de manière appropriée, en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne ou du compresseur et/ou de la turbine du turbo-compresaeur entraîné par les gaz d'échappement. Tant dans l'anneau partiel intérieur 10 qu'également dans l'anneau partiel extérieur 11 de l'anneau de déversement 8, est prévue une pluralité de canaux de déversement 9 répartis régulièrement sur la périphérie, canaux qui s'étendent sous un angle défini par rapport à la direction périphérique dans l'anneau de déversement 8 et s'étendent en particulier sur toute la longueur axiale de l'anneau de déversement. Chaque canal de déversement 9 est constitué d'un tronçon intérieur 9a qui, avantageusement, traverse radialement complètement l' anneau partiel intérieur 10, et d'un tronçon extérieur 9b, ménagé dans l'anneau partiel extérieur 11, sachant que le tronçon intérieur 9a et le tronçon intérieur 9b de chaque canal d'écoulement 9 sont adaptés l'un à l'autre, de manière qu'il existe au moins une position radiale de l'anneau partiel extérieur 11 dans laquelle, chaque fois, un tronçon intérieur 9a et un tronçon extérieur 9b des canaux de déversement sont en alignement; cette position est désignée par la position de recouvrement des deux anneaux partiels 10 et 11. Si, par contre, l'anneau partiel extérieur 11 est tourné dans la direction de la flèche 13, depuis la position de recouvrement représentée sur la figure 2, alors les tronçons 9a et 9b associés des gorges de déversement 9 passent à une position hors d'engagement qui est désignée par la position de blocage des anneaux partiels 10 et 11. Dans la position de recouvrement, chaque gorge de déversement 8 présente une section transversale maximale formée par addition des sections transversales individuelles du tronçon intérieur 9a et du tronçon extérieur 9b. Dans la position de blocage, par contre, seul le tronçon intérieur 9a de l'anneau de déversement est efficace, seul ce tronçon intérieur 9a participe au fonctionnement en dérivation, parallèlement au canal d'écoulement du compresseur. L'allure, inclinée dans la direction périphérique,des gorges de déversement 9 dans l'anneau de déversement 8 offre l'avantage que, lorsque l'épaisseur de paroi des deux anneaux partiels 10 et 11 est donnée, les gorges de déversement peuvent présenter une aire de section transversale plus grande ce qui serait le cas pour des gorges de déversement qui auraient une étendue exclusivement radiale. Sur les figures 3 et 4, chaque fois on a représenté une vue de côté du compresseur 1 avec un anneau de déversement 8 entourant la roue de compresseur, dont les anneaux partiels 10 et 11 sont en position de recouvrement sur la figure 3 et en position de blocage sur la figure 4. Les tronçons intérieurs 9a des gorges d'écoulement que l'on a dans l'anneau partiel intérieur 10 sont ouverts radialement vers l'intérieur vers le canal d'écoulement 4 de la roue de compresseur, sur toute la longueur axiale de l'anneau partiel 10. Selon la figure 3, à la position de recouvrement, la profondeur de rainure Lges mesurée en position tangentielle est efficace alors que, par contre, dans la position de blocage, selon la figure 4, ce n'est que les tronçons intérieurs des gorges d'écoulement ayant une profondeur de gorges 1i mesurée en position tangentielle qui sont efficaces, tandis que les tronçons extérieurs 9b des gorges d'écoulement restent hors de fonction, du fait de la mise hors de prise ou de la position de blocage. La profondeur de gorge Li des tronçons intérieurs 9a des gorges d'écoulement est avantageusement comprise entre 10 % et 50 % de la profondeur globale de gorge Lges, qui est constituée par addition des profondeurs partielles de gorge du tronçon intérieur 9a et du tronçon extérieur 9b des gorges d'écoulement. Il est possible, par l'intermédiaire de l'élément de réglage ou d'asservissement 12, d'avoir un réglage automatique approprié du degré de recouvrement des anneaux partiels 10 et 11, en fonction de l'état du moteur à combustion interne ou du turbo-compresseur. De préférence, les gorges de déversement 9 ménagés dans les anneaux partiels 10 et 11 s'étendent de manière qu'elles forment un angle a de 0 à 90 par rapport à la direction périphérique (configuration à rotation dans le même sens) ou bien un angle a de 90 à 180 par rapport à la direction périphérique (configuration à rotation en sens inverse). En outre, la profondeur de gorge mesurée en direction radiale des gorges de déversement 9 dans l'anneau partiel extérieur 11 s'étend à peu près jusqu'au centre de l'anneau. RVENNDICATIONS 1. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement, pour un moteur à combustion interne, comprenant une turbine et un compresseur entraîné par la turbine, le compresseur présentant une roue de compresseur (3) montée dans un canal d'écoulement de compresseur (4), avec au moins un canal de déversement, s'étendant radialement, extérieurement, sur la roue de compresseur (3) dans la direction axiale de la roue de compresseur (3) et communiquant avec le canal d'écoulement de compresseur (4), et avec un anneau de déversement (a) constitué de deux anneaux partiels (10, 11), pour obtenir le réglage variable de l'aire de section transversale d'écoulement efficace du canal de déversement, les anneaux partiels (10, 11) étant réglables l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que, dans chaque anneau partiel (10, !l), est prévue au moins une gorge de déversement (9) s'étendant axialement, formant le canal de déversement, ayant une étendue radiale dans l'anneau partiel, (10, 11), et en ce que les anneaux partiels (10, 11) sont réglables, entre une position de recouvrement, dans laquelle les gorges de déversement (9) ménagées dans les deux anneaux partiels (10, 11) sont en recouvrement, et une position de blocage, dans laquelle les gorges de déversement (9) ménagées dans les anneaux partiels (10, 11) sont au moins partiellement hors de prise. 2. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité de gorges de déversement (9) sont prévues sur la périphérie de l'anneau partiel (10, 11). 3. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les gorges de déversement (9) ménagés dans les anneaux partiels (10, 11) s'étendent de manière qu'elles formes un angle (a) de 0: à 900 par rapport à la direction périphérique (configuration à rotation dans le même sens). F- 4. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les gorges de déversement (9), ménagées dans les anneaux partiels (10, 11) s'étendent de manière à former un angle (a) de 90 à 180: par rapport à la direction périphérique (configuration à rotation en sens inverse) 5. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les anneaux partiels (lo, 11) sont disposés concentriquement, radialement les uns au-dessus des autres, l'anneau partiel intérieur (10) étant voisin de la roue de compresseur (3) et l'anneau partiel extérieur (11) étant opposé à la roue de compresseur (3). 6. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la profondeur de gorge mesurée en direction radiale des gorges de déversement (9) dans l'anneau partiel extérieur (11) s'étend à peu près jusqu'au centre de l'anneau 7. Turbocompresseur entraîné par les gaz d'échappement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce cue la profondeur de gorge, mesurée dans la direction radiale, des gorges de déversement (9) de l'anneau partiel intérieur (10) est comprise entre 10 t et 50 % de la profondeur globale des gorges de déversement (9) de l'anneau partiel intérieur et extérieur (10, 11). 8. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'anneau partiel (10) intérieur, voisin de la roue de compresseur (3), est disposé de façon fixe par rapport au carter et l'anneau partiel extérieur (11), oppose à la roue de compresseur (3), est réalisé de façon à pouvoir tourner autour de l'anneau partiel intérieur (10). 9. Turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 8, caractérisé en ce qu'au moins un anneau partiel (10 ou 11) est réglable en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, à l'aide d'un élément de:' réglage ou d'asservissement (12) associé. 10. Turbo-compremseur entraîné par les gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le anneaux partiels (10, 11) sont disposés radialement les uns derrière les autres.