Brevet FR2872851A1 — publié le 20060113

La présente invention concerne un circuit pour le refroidissement d'un turbocompresseur associé à un moteur de véhicule. Elle concerne également un procédé de refroidissement de ce turbocompresseur. Un turbocompresseur comprend classiquement une turbine et un compresseur qui sont accouplés par un arbre. Un corps du turbocompresseur renferme la turbine, le compresseur et l'arbre, qui passe dans un palier lisse. Ce dernier, dont un film d'huile occupe un espace tubulaire entre le corps et l'arbre, doit être refroidi lorsque te turbocompresseur fonctionne, c'est-à-dire lorsque les gaz d'échappement d'un moteur entraînent la turbine en rotation. L'huile du film dans le palier est renouvelée, puisqu'elle provient d'un circuit de lubrification dans lequel elle circule. Habituellement, cette huile sert à refroidir le palier lisse. Toutefois, après l'arrêt du moteur et du turbocompresseur, la circulation de l'huile dans le palier et le refroidissement de celui-ci s'arrêtent, puisque la pompe d'entraînement de l'huile dans le circuit de lubrification est généralement mécaniquement accouplée au moteur. Or, après l'arrêt du turbocompresseur, la turbine à une température nettement plus élevée que le palier, vers lequel l'arbre évacue par conséquent la chaleur de cette turbine. De ce fait, la température du palier s'élève. Cela peut la conduire à avoisiner 300 C, auquel cas l'huile stagnant dans le palier se dégrade par carbonisation. On connaît une solution permettant d'éviter que le palier atteigne une température critique après l'arrêt du moteur. Cette solution consiste à faire circuler un fluide de refroidissement autour du palier pour le refroidir, et ce non seulement quand le moteur fonctionne, mais également pendant une certaine durée après l'arrêt de celui-ci. Outre qu'elle nécessite un circuit d'eau spécifique, cette solution requiert la présence d'une pompe électrique additionnelle, si bien qu'elle est difficile à implanter et coûteuse. L'invention a donc au moins pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un circuit de refroidissement simple à mettre en oeuvre et peu onéreux et qui assure le refroidissement du turbocompresseur après l'arrêt du moteur auquel il est associé. L'invention a donc pour objet un circuit pour le refroidissement d'un turbocompresseur associé à un moteur de véhicule, ledit circuit comprenant une boucle fermée munie de ce turbocompresseur et d'une pompe d'entraînement 2872851 2 d'un liquide au moins dans cette chambre, caractérisé en ce que la boucle fermée comporte aussi, entre la pompe d'entraînement et le turbocompresseur, un accumulateur de liquide comprenant une chambre à volume variable d'emmagasinage d'une quantité déterminée de liquide pendant le fonctionnement du moteur et des moyens de refoulement progressif de cette quantité de liquide en direction du turbocompresseur après l'arrêt du moteur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - la boucle fermée constitue un circuit de lubrification au moins du turbocompresseur, - la boucle fermée constitue un circuit de lubrification au moins du turbocompresseur et du moteur, - la boucle fermée constitue un circuit de refroidissement au moins du turbocompresseur et comporte un radiateur de refroidissement du liquide, - la boucle fermée comporte une soupape anti-retour disposée entre la pompe d'entraînement et l'accumulateur, les moyens de refoulement progressif du liquide emmagasiné dans la chambre sont formés par un élément exerçant une pression sur le liquide vers une sortie de cette chambre et par un dispositif de calibrage du débit de liquide entre cette chambre et le turbocompresseur, - l'élément exerçant une pression comprend un piston disposé dans l'accumulateur et un organe élastique de déplacement de ce piston en direction de la sortie de ladite chambre, - le dispositif de calibrage est formé par au moins un orifice calibré ménagé à la sortie de la chambre, ladite sortie comprenant un clapet anti- retour de passage du liquide dont le débit varie en fonction du sens d'écoulement du fluide, - l'élément exerçant une pression comprend une membrane élastique disposée dans la chambre et déformable par la pression du liquide entrant dans ladite chambre, et - le dispositif de calibrage est formé par un étranglement ménagé à la sortie de la chambre. L'invention a également pour objet un procédé de refroidissement du turbocompresseur d'un circuit tel que précédemment mentionné, caractérisé 2872851 3 en ce que, pendant le fonctionnement du moteur, on emmagasine une quantité déterminée de liquide dans la chambre à volume variable de l'accumulateur et, à l'arrêt du moteur, on refoule progressivement le liquide à un débit calibré de cette chambre vers le turbocompresseur pour le refroidir. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma simplifié qui représente un circuit, selon un premier mode de réalisation de l'invention, de lubrification d'un moteur de véhicule et d'un turbocompresseur, et qui illustre l'état de ce circuit de lubrification lorsque le moteur est en marche; - la figure 2 est un agrandissement du médaillon II de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique de dessus d'un dispositif de calibrage du circuit de figure 1, - la figure 4 est un schéma analogue à la figure 1 et illustre l'état du circuit de lubrification de cette figure 1 après l'arrêt du moteur; - la figure 5 est un schéma simplifié qui représente un circuit, selon un second mode de réalisation de l'invention, de refroidissement d'un turbocompresseur associé à un moteur de véhicule, et qui illustre l'état de ce circuit de refroidissement lorsque le moteur est en marche; et - la figure 6 est un schéma analogue à la figure 5 et illustre l'état du circuit de refroidissement de cette figure 5 après l'arrêt du moteur. Sur la figure 1 est représenté un circuit 1 de lubrification d'un moteur de véhicule 2 et d'un turbocompresseur 3 associé à ce moteur 2. Ce circuit de lubrification 1 comprend une boucle fermée 4, dans laquelle il y a un bac 5 de stockage d'un liquide comme l'huile, une pompe 6, un filtre à huile 7, une soupape anti-retour 10, le turbocompresseur 3 et le moteur 2. Le bac de stockage 5, dans lequel l'huile aspirée par la pompe 6 est puisée au moyen d'une crépine 8, est plus précisément le carter du moteur 2. La pompe 6 est installée entre le bac de stockage 5 et la soupape antiretour 10 et un accumulateur 11 est installé entre la soupape antiretour 10 et le turbocompresseur 3. Cet accumulateur d'huile 11, qui est représenté schématiquement en coupe aux figures 1 et 4 et partiellement à la figure 2, est raccordé à la boucle fermée 4, entre la soupape anti-retour 10 et le turbocompresseur 3, par l'intermédiaire de moyens 12 de refoulement progressif de la quantité d'huile emmagasinée dans l'accumulateur 11 qui comprennent, d'une manière générale, un élément 13 et 17 exerçant une pression sur l'huile et un dispositif de calibrage de débit 12 de l'huile. L'élément exerçant une pression comprend un piston 13 qui coulisse dans une enceinte 14 et délimite avec cette dernière deux chambres de volume variable 15a et 15b. Un orifice 16, percé dans l'enceinte 14, forme l'entrée et la sortie de la chambre de volume variable 15a, qu'il fait communiquer avec le dispositif de calibrage de débit 12. Un second orifice 14a percé dans l'enceinte 14 permet une pression constante de l'air contenu dans la chambre 15b. Un organe élastique formé par un ressort 17 agit sur le piston 13 dans le sens d'une réduction du volume de la chambre de volume variable 15a. Le dispositif de calibrage 12, qui est représenté seul et en coupe à la figure 2, comporte un clapet 18 formé par une bille, ainsi qu'un siège 19 pour ce clapet 18. II est installé de manière qu'un écoulement dirigé vers la chambre de volume variable 15a puisse déplacer le clapet 18 à l'écart du siège 19, en agissant à l'encontre d'un organe élastique 20 de rappel du clapet 18 contre le siège 19. Dans ce dernier sont ménagés des orifices calibrés 21, que le clapet 18 ne peut pas obturer et qui forme donc des fuites calibrées lorsque ce clapet 18 est contre le siège 19, c'est-à-dire lorsque la chambre de volume variable 15a se vide par le dispositif de calibrage 12. Dans l'exemple représenté, ces orifices 21 sont au nombre de trois, ainsi qu'on peut le voir à la figure 3. La soupape anti-retour 10 est installée dans la boucle fermée 9 de manière à laisser passer un écoulement en provenance du refoulement de la pompe 6 et à s'opposer au passage d'un écoulement en sens contraire, c'est-à-dire d'un écoulement depuis la chambre de volume variable 15 vers le refoulement de la pompe 6. Elle est rappelée vers sa position d'obturation de la boucle 9 par un organe élastique formé par un ressort 22. La pompe 6 est mécaniquement accouplée par une courroie 23 au moteur 2. 2872851 5 L'organe élastique 22 est formé par un ressort qui est taré de manière à exercer, sur la soupape 10, une force inférieure à celle que la pression de l'huile dans la boucle 4 exerce sur cette soupape 10 quand le moteur 2 est au ralenti. Juste après le démarrage de ce moteur 2, la mise en route de la pompe 6 se traduit par une augmentation de la pression de l'huile en amont du turbocompresseur 3, ce qui conduit au déplacement du piston 13 à l'encontre du ressort 17 et au remplissage de la chambre de volume variable 15a par l'intermédiaire du clapet 18 qui est alors déplacé à l'écart du siège 19 par l'écoulement entrant. Une fois que l'accumulateur 11 est plein, le circuit de lubrification 1 est tel qu'illustré à la figure 1, où les flèches symbolisent les écoulements existants et sont dirigés comme ces derniers. La pompe 6, que le moteur 2 entraîne par l'intermédiaire de la courroie 23, puise de l'huile dans le bac de stockage 5 et la propulse vers le moteur 2 au travers du palier lisse du turbocompresseur 3. Au niveau de ce dernier, l'huile en provenance de la pompe 6 forme le film fluide du palier lisse, qu'elle a également comme fonction de refroidir, ce que permet son renouvellement. L'huile que le turbocompresseur 3 refoule vers le moteur 2 lubrifie ce dernier d'une manière connue en elle-même. L'arrêt du moteur 2 s'accompagne de celui de la pompe 6, après quoi le circuit de lubrification 1 est tel qu'illustré à la figure 4, où les flèches symbolisent un écoulement existant et sont orientées comme ce dernier. Suite à l'arrêt de la pompe 6, la pression en amont du turbocompresseur 3 chute progressivement jusqu'à atteindre une valeur suffisamment faible pour que le ressort 17 se mette à déplacer le piston 13 dans le sens d'une réduction du volume de la chambre 15a et expulse progressivement de cette dernière l'huile qu'elle contient. Cette huile, que la soupape anti-retour 10 empêche de s'écouler vers la pompe 6, se dirige vers le palier lisse du turbocompresseur 3, qu'elle a comme fonction de refroidir. Comme le clapet 18 est appliqué sur son siège 19, le débit sortant de la chambre 15a, ou débit de fuite, est calibré par les orifices calibrés du dispositif 12. La capacité de l'accumulateur 11 et le dispositif de calibrage 12 sont choisis de manière que le refroidissement du turbocompresseur 3 par l'huile expulsée de la chambre 15 dure un certain temps après l'arrêt du moteur 2 et permette 2872851 6 d'éviter que le palier lisse du turbocompresseur 3 atteigne la température de carbonisation de l'huile de lubrification. Conformément au but de l'invention, le circuit de lubrification 1 est moins coûteux que la solution utilisée jusqu'à présent et qui consiste à prévoir deux circuits indépendants, à savoir un circuit de lubrification du moteur et du turbocompresseur et un circuit de refroidissement du turbocompresseur. Le circuit 1 est en outre plus facile à implanter, ce qui est avantageux et il présente l'avantage d'être dépourvu de pompe électrique. Sur les figures 5 et 6 est représenté un circuit de refroidissement 101 selon un second mode de réalisation de l'invention, qui contient un liquide caloporteur tel que de l'eau. Ce circuit de refroidissement 101 comprend plusieurs boucles 120 et 130 et comporte une pompe 102, un radiateur 103, une soupape anti-retour 104, un accumulateur d'eau 105, un dispositif de calibrage de débit 106 et un turbocompresseur 107. Ce dernier, que l'eau dans la boucle a pour fonction de refroidir, est associé à un moteur 108. La soupape anti-retour 104 est installée entre le refoulement de la pompe 102 et l'accumulateur 105. Ce dernier est installé entre le turbocompresseur 107 et la soupape anti-retour 104, qui est orientée de manière à empêcher un écoulement depuis l'accumulateur 105 vers le refoulement de la pompe 102 et qu'un organe élastique constitué par un ressort 109 rappelle vers une position d'obturation de la boucle. Le dispositif de calibrage de débit qui est formé par un étranglement 106 est installé entre l'accumulateur 105 et le turbocompresseur 107. L'accumulateur 105 comporte une enceinte 110 et une membrane élastiquement déformable 111 qui forme les moyens de refoulement progressif de l'eau et qui divise le volume intérieur de cette enceinte 110 en deux chambres de volume variable. L'une, référencée 112a, de ces deux chambres de volume variable comporte une entrée 113, raccordée au radiateur 103, ainsi qu'une sortie 114, raccordée au dispositif de calibrage de débit 106. Le volume de la chambre 112a est minimal lorsque la membrane 111 n'est pas déformée. L'autre, référencée 112b, de ces deux chambres de volume variable, comporte un orifice 110a au travers duquel circule l'air ambiant. 2872851 7 La pompe 102 est mécaniquement accouplée au moteur 108, par exemple au moyen d'une courroie 115. Lorsque ce moteur 108 est arrêté depuis longtemps, la membrane 111 n'est pas déformée. La mise en route du moteur 108 s'accompagne de celle de la pompe 102 et d'une augmentation de la pression de l'eau entre le refoulement de cette pompe 102 et le dispositif de calibrage 106. Cette augmentation de pression provoque la déformation élastique de la membrane 111 dans le sens d'une expansion de la chambre 112a et d'un remplissage de l'enceinte 110 de l'accumulateur 105 par de l'eau. Quelques instants après le démarrage du moteur 108, le circuit de refroidissement 101 est tel qu'illustré à la figure 5, où les flèches symbolisent un écoulement existant et sont orientées comme ce dernier. La chambre 112 a alors un volume maximal et stocke une quantité maximale d'eau, tandis que l'eau propulsée par la pompe 102 est refroidie au niveau du radiateur 103, puis acheminée jusqu'au turbocompresseur 107 qu'elle refroidit. L'arrêt du moteur 108 s'accompagne de celui de la pompe 102 et d'une baisse de la pression de l'eau en aval du refoulement de celle-ci. Lorsque la pression de l'eau dans la chambre 112a est suffisamment basse, la membrane élastique 111 reprend progressivement sa forme initiale et chasse l'eau présente 2o dans l'accumulateur 105. L'eau, dont l'écoulement est symbolisé par des flèches à la figure 6, ainsi chassée ne peut s'écouler vers le refoulement de la pompe 102, du fait de la présence de la soupape anti- retour 104. Elle s'écoule donc dans le turbocompresseur 107, qu'elle refroidit aussi longtemps que le volume de la chambre 112a n'est pas redevenu minimal. Or, le volume de cette chambre 112a n'est minimal qu'une fois qu'une certaine durée s'est écoulée après l'arrêt du moteur 108, grâce au dispositif de calibrage 106 qui détermine le débit de l'eau sortant de l'accumulateur 105. Conformément au but de l'invention, le circuit de refroidissement 101 est moins coûteux qu'un circuit comportant une pompe électrique à la place de la pompe 102. De plus, une pompe électrique présente l'inconvénient de consommer beaucoup d'énergie pour fonctionner. 8 REVENDICATIONS 1. Circuit pour le refroidissement d'un turbocompresseur (3; 107) associé à un moteur de véhicule (2; 108), ledit circuit comprenant un boucle fermée (4. 120) munie de ce turbocompresseur (3; 107) et d'une pompe (6; 102) d'entraînement d'un liquide au moins dans cette boucle (4; 120), caractérisé en ce que la boucle fermée (9) comporte aussi, entre la pompe d'entraînement (6 102) et le turbocompresseur (3; 107), un accumulateur de liquide (11; 105) comprenant une chambre de volume variable (15a; 112a) d'emmagasinage d'une quantité déterminée de liquide pendant le fonctionnement du moteur (2 108) et des moyens (13, 17, 21; 106, 111) de refoulement progressif de cette quantité de liquide en direction du turbocompresseur (3; 107) après l'arrêt du moteur (2; 108). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle fermée constitue un circuit de lubrification au moins du turbocompresseur (3). 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle fermée constitue un circuit de lubrification au moins du turbocompresseur (3) et du moteur (2). 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle fermée constitue un circuit de refroidissement au moins du turbocompresseur (107) et comporte un radiateur (103) de refroidissement du liquide. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boucle fermée comporte une soupape anti-retour (10 104) disposée entre la pompe d'entraînement (6, 102) et l'accumulateur (11; 105). 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de refoulement progressif du liquide emmagasiné dans la chambre (15a; 112a) sont formés par un élément (13, 17 111) exerçant une pression sur le liquide vers une sortie (16; 114) de cette chambre (15a; 112a) et par un dispositif (12; 106) de calibrage du débit du liquide entre cette chambre (15a; 112a) et le turbocompresseur (3; 107). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément exerçant une pression comprend un piston (13) disposé dans l'accumulateur (11) 2872851 9 et un organe élastique (17) de déplacement de ce piston (13) en direction de la sortie (16) de ladite chambre (15a). 8. Circuit selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif de calibrage est formé par au moins un orifice calibré (21) ménagé à la sortie de la chambre (15a), ladite sortie (16) comprenant un clapet (18) de passage du liquide dont le débit varie en fonction du sens d'écoulement du fluide. 9. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément exerçant une pression comprend une membrane élastique (111) disposée dans la chambre (112a) et déformable par la pression du liquide entrant dans ladite chambre (112a). 10. Circuit selon la revendication 6 ou 9, caractérisé en ce que le dispositif de calibrage est formé par un étranglement (106) ménagé à la sortie de la chambre (112a). 11. Procédé de refroidissement du turbocompresseur (3; 107) d'un circuit (1; 101) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pendant le fonctionnement du moteur (2; 108), on emmagasine une quantité déterminée de liquide dans la chambre à volume variable (15a; 112a) de l'accumulateur (11; 105) et, à l'arrêt du moteur (2; 108), on refoule progressivement le liquide à un débit calibré de cette chambre (15a; 112a) vers le turbocompresseur (3; 107) pour le refroidir.