Brevet FR2931907A1 — publié le 20091204

RACCORD D'ENTREE DE COMPRESSEUR D'AIR D'ADMISSION [000l L'invention concerne l'admission d'air dans un moteur à combustion interne, et en particulier les circuits d'admission d'air munis d'un mécanisme de suralimentation. [0002] Pour améliorer le rendement énergétique et la puissance spécifique d'un moteur à combustion interne, il est fréquent de munir un tel moteur d'un mécanisme de suralimentation de son air d'admission. De tels mécanismes de suralimentation augmentent la pression de l'air d'admission introduit dans la chambre de combustion. [0003] Les mécanismes de suralimentation les plus diffusés sont des turbocompresseurs. Un turbocompresseur comprend une turbine de détente entraînée en rotation par les gaz d'échappement. La turbine de détente entraîne une turbine de compression par l'intermédiaire d'un arbre. Un raccord conduit du gaz d'admission à compresser jusqu'à l'entrée de la turbine de compression. La turbine de compression aspire ces gaz d'admission et les comprime. La turbine de compression est montée à rotation dans un carter métallique. Pour réduire le poids et le coût d'un tel raccord, celui-ci est fréquemment réalisé en matière thermoplastique. Un tel raccord nécessite fréquemment des thermoplastiques présentant une haute résistance à la température, du fait de la présence d'organes de dépollution à proximité (par exemple un filtre à particules ou un catalyseur d'oxydation), d'un espace dans le compartiment moteur réduit, et de l'échauffement du carter métallique de la turbine de compression. De tels matériaux impliquent un surcoût non négligeable. La figure 2 représente des dégradations de l'embout du raccord lorsqu'un matériau thermoplastique non adapté est utilisé. Des dégradations sous forme de petits orifices se forment au niveau de surfaces de contact 13 à 15. [0004] Par ailleurs, la recirculation des gaz d'échappement permet de diminuer le niveau des oxydes d'azote émis dans les gaz d'échappement. La recirculation de gaz d'échappement consiste à introduire de l'air frais et des gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur. Pour des moteurs diesels, il est courant de voir des taux de recirculation de l'ordre de 50 %, ce qui signifie que la moitié des gaz aspirés par un cylindre d'un moteur à combustion interne sont des gaz d'échappement recirculés. Des normes d'émission de gaz polluants de plus en plus strictes ont conduit à la généralisation de circuits de recirculation de gaz d'échappement EGR pour les moteurs diesel. Cependant, l'utilisation de l'EGR pour les moteurs à allumage commandé est également en plein développement. Afin de réduire encore les niveaux d'émission de gaz polluants, il est envisagé de prélever des gaz d'échappement basse pression, c'est-à-dire juste en amont du silencieux d'échappement et en aval des organes de dépollution. Le gaz d'échappement basse pression est mélangé à de l'air frais en amont de la turbine de compression d'air d'admission. [0005] Un tel mode de fonctionnement du moteur à combustion interne présente des inconvénients. En effet, les inventeurs ont constaté une usure prématurée du raccord d'entrée de turbocompresseur. [0006] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention concerne ainsi un raccord d'entrée d'un organe de suralimentation d'air d'admission de moteur à combustion interne, comprenant une paroi en matériau thermoplastique délimitant un conduit traversé par l'air d'admission, une extrémité du conduit présentant un embout adapté pour la fixation d'une entrée d'un organe de suralimentation. Une surface de l'embout destinée à être en contact avec l'entrée de l'organe de suralimentation est revêtue d'un matériau métallique. [0007] Selon une variante, ladite surface comprend une portée cylindrique destinée au montage de l'entrée de l'organe de suralimentation, l'embout présentant une surface cylindrique concentrique avec la portée cylindrique et non revêtue par un matériau métallique. [0008] Selon encore une variante, la face extérieure de ladite paroi formant le conduit est revêtue d'un matériau métallique. [0009] Selon une autre variante, la face intérieure de ladite paroi formant le conduit est revêtue d'un matériau métallique. [ooioi Selon encore une autre variante, ledit matériau thermoplastique est 30 du polyamide. [0011] Selon encore une variante, ledit matériau thermoplastique est renforcé par des fibres. [0012] Selon une autre variante, ledit matériau thermoplastique est renforcé par des fibres de verre. [0013] Selon encore une autre variante, le matériau métallique est chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique. [0014] Selon encore une variante, le matériau métallique présente une taille de grain comprise entre 2 et 5000 nm, et une épaisseur comprise entre 25 pm et 5 mm. [0015] L'invention porte également sur un turbocompresseur pour moteur à combustion interne, comprenant :un raccord d'entrée tel que décrit ci-dessus; et un corps métallique logeant une turbine et comprenant une entrée d'air d'admission présentant une surface en contact avec ladite surface revêtue de matériau métallique de l'embout. [0016] Selon une variante, l'entrée d'air d'admission du corps métallique présentant une portée cylindrique en contact avec la portée cylindrique du raccord d'entrée. [0017] L'invention porte en outre sur une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne dans laquelle est montée la turbine d'un turbocompresseur tel 20 que décrit ci-dessus et un filtre à particules disposé à proximité dudit raccord. [0018] L'invention porte par ailleurs sur un procédé de fabrication d'un raccord d'entrée d'un organe de suralimentation d'air d'admission, muni d'un embout ménagé à une extrémité d'un conduit du raccord destiné à être traversé par l'air d'admission, le procédé comprenant une étape de revêtir d'un matériau métallique 25 une surface de l'embout, cette surface étant destinée à être en contact avec l'entrée d'un organe de suralimentation. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une vue en perspective d'un raccord fixé à l'entrée d'un 5 turbocompresseur; • la figure 2 est une vue de face du raccord de la figure 1 ; • la figure 3 est une vue en coupe d'un embout de raccord selon l'invention. [0020] Un thermoplastique désigne un polymère susceptible d'être ramolli 10 par chauffage et durci par refroidissement de manière répétée. Les polymères thermoplastiques sont transformés sans réaction chimique, contrairement aux polymères thermodurcissables. La cadence de transformation de ces polymères thermoplastiques est principalement liée à leur vitesse de refroidissement et est donc beaucoup plus rapide que celle des polymères thermodurcissables. 15 [0021] L'invention propose un raccord d'entrée d'organe de suralimentation d'air admission, muni d'un embout ménagé à une extrémité d'un conduit, cet embout présentant une surface destinée à être en contact avec l'entrée de l'organe de suralimentation d'air d'admission, cette surface de contact étant revêtue d'un matériau métallique. 20 [0022] Ainsi, on peut réaliser un raccord d'entrée d'air à suralimenter léger, résistant à la température (fluage à haute température du thermoplastique ou endommagement par oxydation à haute température) au niveau de la jonction avec l'organe de suralimentation et présentant un coût réduit. Ainsi, un tel raccord pourra notamment résister à la chaleur conduite par le corps métallique de l'organe de 25 compression et provenant d'un filtre à particules ou d'un catalyseur d'oxydation. [0023] Un raccord en matériaux thermoplastiques pourra ainsi continuer à être utilisé même lorsque la température de contact du raccord en continu est supérieure à 190° ou lorsque la température de contact en pointe est supérieure à 210°. [0024] La figure 1 représente un raccord d'entrée d'air d'admission 1 destiné à être fixé sur un turbocompresseur 2. Le raccord d'entrée 1 est muni d'un conduit 11 destiné à guider de l'air d'admission, typiquement depuis un filtre à air non illustré, jusqu'à une entrée 22 du turbocompresseur 2. L'air d'admission communique avec l'entrée 22 par l'intermédiaire d'un orifice 16 réalisé au niveau de l'embout 12. L'entrée 22 présente une face de contact 21 plane. Le turbocompresseur 2 présente un corps 23 réalisé en matériau métallique, typiquement de l'aluminium ou de l'acier. [0025] Le conduit 11 est délimité par une paroi 4, cette paroi comprenant du matériau thermoplastique. Le raccord d'entrée 1 présentera ainsi un poids réduit. Un embout 12 est réalisé à une extrémité du conduit 11. Cet embout 12 est adapté pour la fixation de l'entrée 22 du turbocompresseur 2. L'embout 12 présente un épaulement 14 destiné à venir en contact avec la face 21. L'embout 12 présent également une portée cylindrique extérieure 19 destinée au montage avec l'entrée 22 du turbocompresseur. Cette portée cylindrique 19 s'insère dans un alésage cylindrique réalisé au niveau de l'entrée 22, un joint étant interposé entre la portée et l'entrée du turbocompresseur pour assurer l'étanchéité. [0026] Les surfaces de l'embout 12 en contact avec le corps 23 du turbo compresseur 2 sont revêtues d'un matériau métallique. L'épaulement 14 est revêtu d'un matériau métallique, sous la forme d'une couche métallique 32. La portée 19 est revêtue d'un matériau métallique, sous la forme d'une couche métallique 36. Une face d'extrémité 15 de l'embout 12 est également revêtue d'un matériau métallique, sous la forme d'une couche métallique 31. [0027] L'embout 12 est ainsi protégé contre des surchauffes au niveau du contact avec le turbocompresseur 2. La chaleur transmise par le corps métallique 23 du turbocompresseur 2 est conduite par ces couches métalliques 31,36 et 32, ce qui évite d'atteindre localement une température de fusion de la paroi 4. Un matériau thermoplastique à bas point de fusion peut ainsi être utilisé. Ainsi, la proximité d'un filtre à particules ou d'un catalyseur d'oxydation ne risque pas de conduire à une fusion de l'embout 12, même lorsque la chaleur dégagée par ces composants est conduite par le corps 23 jusqu'au raccord 1. [0028] Afin de former un gradient de température au niveau de l'embout 12, une surface 35 concentrique avec la portée 19 n'est pas recouverte de matériau métallique. La surface 35 est en effet soumise à une température inférieure à celle des surfaces en contact avec le corps 23. Un tel gradient thermique est favorable à la tenue thermique du raccord 1. [0029] Afin d'améliorer la résistance thermique du raccord 1 par rapport à la température environnante dans le compartiment moteur, la face extérieure de la paroi 4 est avantageusement revêtue d'un matériau métallique, sous la forme d'une couche métallique 33. Afin d'améliorer la résistance thermique du raccord 1 par rapport à la température ou l'éventuelle acidité de gaz traversant le conduit 11 (en particulier si le moteur met en oeuvre un recyclage de gaz d'échappement à basse pression), la face intérieure de la paroi 4 est avantageusement revêtue d'un matériau métallique, sous la forme d'une couche métallique 34. [0030] L'embout 12 est muni d'une languette 13 dans laquelle un alésage 18 est réalisé. Cet alésage 18 permet la fixation du raccord 1 sur le turbocompresseur 2 par vissage. La languette 13 est formée dans la continuité de l'épaulement 14. La languette 13 est également revêtue du matériau métallique 32. [0031] Bien que dans l'exemple illustré la portée 19 forme une surface extérieure de l'embout 12 destinée à être insérée dans un alésage du corps 23, on peut également envisager que la portée de l'embout 12 soit formée par une surface intérieure de l'orifice 16 est soit en contact avec une portée extérieure d'un embout du turbocompresseur inséré dans cet orifice 16. [0032] L'homme du métier pourra déterminer un matériau métallique chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique utilisé pour la paroi. Les couches métalliques seront formées monobloc sur le matériau thermodurcissable. Les couches 31 à 34 et 36 pourront être formées par un dépôt d'un alliage métallique nanocristallin, contenant un alliage de nickel et de fer. Un tel alliage métallique est notamment commercialisé sous le nom commercial Metafuse par la société Dupont. Cet alliage est particulièrement avantageux pour revêtir des matières thermoplastiques renforcées par des fibres de verre dont l'adhésion en surface est généralement réduite. Le renfort par des fibres de verre permet avantageusement d'accroître la résistance mécanique des thermoplastiques dans un environnement soumis à des contraintes mécaniques et thermiques croissantes. [0033] Le document W02006/063469 décrit des procédés de formation de revêtements à grain fin par dépôt métallique. Le dépôt est effectué par électrodéposition en courant alternatif ou continu. Ce document fait référence à des techniques déjà connues de dépôt de métaux à grain fin par électrodéposition, par la sélection de formulations et de conditions de bains de plaquage adéquates. Ce document fait également référence à des procédés de dépôt chimiques en phase vapeur ou par pistolage à froid. Ce document préconise de réaliser un revêtement métallique ayant une taille de grain comprise entre 2 et 5000 nm, une épaisseur comprise entre 25pm et 5 mm, et une dureté comprise entre 200 et 3000 VHN. Le revêtement décrit présente une résilience comprise entre 0,25 et 25 MPa et une limite à l'allongement élastique comprise entre 0,25% et 2%. Le document indique des valeurs de rugosité à respecter pour la surface à métalliser. [0034] L'invention permet d'utiliser des matériaux thermoplastiques présentant une température de fusion inférieure ou égale à 300°C, sans pour autant nuire à la longévité du raccord. Le matériau plastique utilisé pour le raccord pourra être du polyamide. L'épaisseur de la paroi du raccord comprendra avantageusement au moins 50 % de matériaux thermoplastiques. Le raccord est avantageusement formé d'un matériau thermoplastique renforcé par des fibres, ce qui accroît sa résistance mécanique et sa durée de vie. Les fibres de renforcement pourront par exemple être des fibres de verre. Le matériau thermoplastique pourra notamment être du PA6 GF35, du PA66 GF35, du PA66 GF 30, du PA46GF30 ou du PPAGF30.25 REVENDICATIONS1. Raccord (1) d'entrée d'un organe de suralimentation d'air d'admission de moteur à combustion interne, comprenant une paroi en matériau thermoplastique délimitant un conduit traversé par l'air d'admission, une extrémité du conduit présentant un embout adapté pour la fixation d'une entrée d'un organe de suralimentation, caractérisé en ce qu'une surface de l'embout (12) destinée à être en contact avec l'entrée de l'organe de suralimentation est revêtue d'un matériau métallique (32,36). 2. Raccord d'entrée (1) selon la revendication 1, dans lequel ladite surface comprend une portée cylindrique (19) destinée au montage de l'entrée de l'organe de suralimentation, l'embout présentant une surface cylindrique concentrique avec la portée cylindrique et non revêtue par un matériau métallique. 3. Raccord d'entrée (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la face extérieure de ladite paroi formant le conduit est revêtue d'un matériau métallique (33). 4. Raccord d'entrée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face intérieure de ladite paroi formant le conduit est revêtue d'un matériau métallique (34). 25 5. Raccord d'entrée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau thermoplastique est du polyamide. 6. Raccord d'entrée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau thermoplastique est renforcé par des fibres. 7. Raccord d'entrée selon la revendication 6, dans lequel ledit matériau thermoplastique est renforcé par des fibres de verre. 30 8. Raccord d'entrée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau métallique est chimiquement compatible avec le matériau thermoplastique. 9. Raccord d'entrée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau métallique présente une taille de grain comprise entre 2 et 5000 nm, et une épaisseur comprise entre 25 pm et 5 mm. 10. Turbocompresseur (2) pour moteur à combustion interne, comprenant un raccord d'entrée (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un corps métallique (23) logeant une turbine et comprenant une entrée d'air d'admission (22) présentant une surface (21) en contact avec ladite surface (14) revêtue de matériau métallique (32) de l'embout. 11. Turbocompresseur selon la revendication 10, comprenant un raccord d'entrée (1) selon la revendication 2, l'entrée d'air d'admission (22) du corps métallique (23) présentant une portée cylindrique en contact avec la portée cylindrique du raccord d'entrée. 12. Ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant la turbine d'un turbocompresseur (2) selon la revendication 10 ou la revendication 11 et un filtre à particules disposé à proximité dudit raccord (1). 13. Procédé de fabrication d'un raccord d'entrée d'un organe de suralimentation d'air d'admission, muni d'un embout (11) ménagé à une extrémité d'un conduit du raccord destiné à être traversé par l'air d'admission, le procédé comprenant une étape de revêtir d'un matériau métallique une surface de l'embout, cette surface étant destinée à être en contact avec l'entrée d'un organe de suralimentation.30