Brevet FR2946688A1 — publié le 20101217

ENVELOPPE DE TURBINE La présente invention concerne une enveloppe de turbine d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, comprenant un boîtier extérieur, dans lequel un boîtier de rotor est disposé avec une manchette tubulaire et un tuyau d'échappement, le tuyau d'échappement étant couplé en déplacement relatif à la manchette tubulaire et entre la manchette et le tuyau d'échappement est disposée une bague d'étanchéité séparée qui est reliée au tuyau d'échappement. Les moteurs à combustion interne pour des véhicules automobiles sont de plus en plus suralimentés par des turbocompresseurs afin d'obtenir une réduction de la consommation de carburant. Mais le poids de l'installation d'échappement même influe aussi sur la consommation de carburant. Les turbocompresseurs doivent par conséquent posséder le poids le plus faible possible. A cela s'oppose le fait que les turbocompresseurs sont soumis, pendant leur utilisation, à des sollicitations mécaniques considérables et en particulier à des sollicitations thermiques maximales, qui rendent nécessaire une construction robuste. Des tensions induites thermiquement ont une influence essentielle sur la durée de vie d'un turbocompresseur. Il faut ainsi prévoir des éléments de compensation thermique correspondants, qui posent cependant des problèmes d'étanchéité. Dans le document DE 100 22 052 Al, par exemple le découplage de composants guidant les gaz d'échappement et de structures extérieures d'étanchéité ou de support est proposé pour résoudre ce problème. L'agencement montré dans le document DE 100 22 052 Al permet certes une liaison étanche du système intérieur au système extérieur, mais il ne peut cependant répondre aux tensions thermiques se produisant que par la déformation des composants. Il en résulte le risque de collision du système intérieur ou du boîtier de rotor avec la roue de turbine. Il s'avère cependant dans la pratique que le système intérieur doit aussi satisfaire à certaines exigences d'étanchéité, afin d'assurer un fonctionnement efficace du turbocompresseur. Dans le document DE 103 52 960 Al, plusieurs possibilités sont mises en évidence afin de résoudre le problème d'étanchéité et de résistance à la fatigue simultanée. Concrètement, un ajustement coulissant est proposé, lequel doit éviter des tensions dues à la chaleur entre un boîtier de rotor et des zones de passage menant les gaz d'échappement à une bride d'échappement. Dans le document DE 103 52 960 Al, il est certes mis en évidence la manière dont la compensation de dilatation peut être réalisée, mais les sollicitations thermomécaniques se produisant qui en résultent, les propriétés de matériaux forcément nécessaires ainsi que les tolérances de fabrication nécessaires au fonctionnement parfait peuvent mettre en danger une fabrication économique de l'enveloppe. A partir de là, la présente invention a pour objectif de proposer une enveloppe de turbine d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, pour laquelle pour une étanchéité maximale du système intérieur, une compensation de dilatation due à la température entre le boîtier de rotor et le tuyau d'échappement pour les gaz d'échappement est possible, des matériaux très minces pouvant être utilisés en même temps, et sans que des travaux de soudure ne soient requis dans la zone d'échappement sensible du boîtier de rotor. Cet objectif est atteint par une enveloppe de turbine d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, comprenant un boîtier extérieur, dans lequel un boîtier de rotor est disposé avec une manchette tubulaire et un tuyau d'échappement, le tuyau d'échappement étant couplé en déplacement relatif à la manchette tubulaire et entre la manchette et le tuyau d'échappement est disposée une bague d'étanchéité séparée, qui est reliée au tuyau d'échappement, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité est rabattue vers l'intérieur.. L'enveloppe de turbine selon l'invention d'un turbocompresseur de gaz d'échappement comporte un boîtier extérieur, dans lequel un boîtier de rotor est disposé avec une manchette tubulaire. De plus, l'enveloppe de turbine comporte un tuyau d'échappement, par lequel les gaz d'échappement peuvent être conduits du boîtier de rotor en direction d'une bride d'échappement. Le tuyau d'échappement est couplé pour la compensation de dilatations longitudinales induites thermiquement, en déplacement relatif au boîtier de rotor. Entre la manchette et le tuyau d'échappement se trouve une bague d'étanchéité séparée. Celle-ci peut être reliée comme un composant séparé au tuyau d'échappement. La bague d'étanchéité rend étanche la transition entre la manchette et le tuyau d'échappement. Ce qui est particulier pour l'enveloppe de turbine selon l'invention est que la bague d'étanchéité est rabattue vers l'intérieur. La bague d'étanchéité est appliquée élastiquement sur la zone d'échappement, de la manchette, c'est-à-dire du système intérieur guidant les gaz d'échappement et garantit l'étanchéité ainsi que la mobilité axiale de la manchette par rapport au tuyau d'échappement. Il en résulte une très bonne étanchéité d'une bague d'étanchéité conçue de la sorte en raison d'une précontrainte élastique de la bague d'étanchéité contre la manchette. L'élasticité élevée de la bague d'étanchéité résulte du bord rabattu vers l'intérieur côté extrémité. Par bord rabattu, il faut entendre un retroussement ou retournement sur une zone angulaire d'au moins 180°. L'extrémité rabattue est précontrainte par rapport à la manchette. Un appui sûr de la manchette sur la bague d'étanchéité ou de la bague d'étanchéité sur la manchette peut être réalisé en ce qu'un mandrin extensible est introduit dans la manchette afin de l'élargir ou l'évaser. Pour cette procédure, des tolérances de fabrication supérieures peuvent aussi être choisies en ce qui concerne la manchette parce que l'étanchéité visée entre la manchette et le tuyau d'échappement est obtenue ultérieurement par le réglage d'une fente étanche au moyen du mandrin extensible. L'extrémité rabattue de la bague d'étanchéité s'étend sur une zone angulaire d'au moins 180°. Pour un angle de 180°, un contact linéaire entre la manchette et la bague d'étanchéité apparaîtrait. De préférence, la zone d'appui entre la bague d'étanchéité et la manchette doit se trouver à une certaine distance par rapport à la section d'extrémité libre de l'extrémité rabattue afin de limiter, par les déplacements fréquents, comme ils surviennent dans un turbocompresseur de gaz d'échappement, l'usure des matériaux. Il est par conséquent prévu que la bague d'étanchéité présente, sur son extrémité rabattue, une section d'extrémité libre qui est élargie en forme d'entonnoir. La section d'extrémité libre, se trouve de préférence dans un angle de 5° à 20° par rapport au côté extérieur de la manchette. Par là-même, la section d'extrémité libre forme en quelque sorte un chanfrein d'entrée, qui est monté en amont d'une zone d'appui. La bague d'étanchéité présente ainsi une extrémité rabattue, la zone d'appui contigüe directement à celle-ci, et la section d'extrémité libre qui lui fait suite, élargie en forme d'entonnoir. La zone d'appui est au moins en forme d'anneau de sorte que la zone d'appui soit en contact linéaire avec la manchette. Mais elle peut aussi être plate. Dans ce cas, la zone d'appui s'étend sur une section longitudinale déterminée de la manchette de sorte que le siège étanche réel soit réalisé non seulement en forme d'anneau mais aussi en forme d'enveloppe cylindrique. L'extrémité de la bague d'étanchéité éloignée du bord rabattu sert à la fixation sur le tuyau d'échappement. La bague d'étanchéité peut entourer côté extérieur le tuyau d'échappement. La fixation de la bague d'étanchéité sur le tuyau extérieur peut être effectuée par assemblage thermique comme la brasure ou la soudure. Mais un pressage de la bague d'étanchéité en utilisant une bague d'appui avec le tuyau d'échappement est aussi concevable. Mais la bague d'appui peut aussi être utilisée en combinaison avec un procédé d'assemblage thermique, tel que le procédé de soudage par fusion, étant donné que les influences du cordon de soudure telles que les entailles de soudure peuvent être arrêtées. En principe, la bague d'étanchéité est réalisée en un matériau de préférence métallique. Du fait qu'il s'agit, pour la bague d'étanchéité, d'un composant distinct qui est relié au tuyau d'échappement, le choix du matériau reste libre. Ainsi, des matériaux particulièrement appropriés, en particulier économiques, peuvent être utilisés. La bague d'étanchéité peut être réalisée par exemple en un alliage à base de nickel. De plus, la bague d'étanchéité peut être fabriquée en un matériau à paroi très mince. L'épaisseur de paroi peut s'élever à moins de 1,0 mm. Cela se répercute positivement sur le comportement de mise en marche du catalyseur. Etant donné que le tuyau d'échappement peut être un constituant d'un seul tenant d'une bride pour la liaison à une installation d'échappement et par conséquent possède régulièrement une épaisseur de paroi plus grande que la bague d'étanchéité, une liaison par soudage par fusion entre la bague d'étanchéité et le tuyau d'échappement peut être améliorée en ce qu'une bague d'appui entourant la bague d'étanchéité est prévue outre la bague d'étanchéité. De cette manière, des composants d'épaisseur sensiblement identique sont soudés les uns aux autres, ce qui facilite la soudure en raison de l'apport de chaleur plus uniforme. Pour augmenter l'épaisseur de paroi, la bague d'appui peut aussi être réalisée à double couche, par quoi les propriétés élastiques de la bague d'étanchéité sont encore augmentées considérablement. La présente invention est expliquée en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins, dont les figures représentent : figure 1 : une section d'une enveloppe de turbine et figure 2 : un détail de la zone d'étanchéité de la figure 1. La figure 1 représente une enveloppe de turbine 1 d'un turbocompresseur de gaz d'échappement. L'enveloppe de turbine 1 comporte un boîtier extérieur 2 qui s'étend d'une bride de boîtier 3 à une bride d'échappement 4. Le boîtier extérieur 2 est soudé à la bride de boîtier 3 ainsi qu'à la bride d'échappement 4 et délimite un espace intérieur étanche aux gaz. Dans ce boîtier extérieur 2 se trouve un boîtier de rotor 5 qui est formé par deux coques de tôle 6, 7 qui sont soudées l'une à l'autre sur la périphérie extérieure du boîtier de rotor 5. La coque de tôle 7, représentée à gauche dans le plan du dessin présente une manchette 8 tubulaire qui s'étend en direction de la bride d'échappement 4. Une roue de turbine 9 s'étend jusque dans la manchette 8, qui est adaptée dans son contour au contour extérieur de la roue de turbine 9. La manchette 8 transmet les gaz d'échappement sortant du boîtier de rotor 5 via un tuyau d'échappement 10 à la bride d'échappement 4, par laquelle les gaz d'échappement sortent du turbocompresseur 1. Le tuyau d'échappement 10 est un constituant d'un seul tenant avec la bride d'échappement 4. Le tuyau d'échappement 10 est relié par son extrémité contiguë à la manchette 8 à une bague d'étanchéité 11 qui entoure le côté extérieur de la manchette 8 et est visible sur la figure 2 de manière agrandie. La bague d'étanchéité 11 possède une extrémité 12 rabattue vers l'intérieur et tournée vers la manchette 8 ainsi qu'une extrémité 13, tournée vers le tuyau d'échappement 10, qui entoure le côté extérieur du tuyau d'échappement 10 et sert à la fixation de la bague d'étanchéité 11. L'extrémité 13 côté tuyau d'échappement 10 de la bague d'étanchéité 11 est entourée par une bague d'appui 14. La bague d'appui 14, l'extrémité 13 de la bague d'étanchéité 11 et le tuyau d'échappement 10 sont soudés les uns aux autres par un cordon de soudure 15. La bague d'étanchéité 11 s'étend tout d'abord de manière cylindrique de l'extrémité 13 côté tuyau d'échappement en direction de l'extrémité 12 rabattue. L'extrémité 12 rabattue est retournée ou retroussée de 180° vers l'intérieur. Le rayon de courbure dans la zone de l'extrémité 12 rabattue correspond à peu près à la moitié de l'épaisseur de paroi de la bague d'étanchéité 1l, qui est fabriquée en un matériau d'épaisseur de paroi constante. L'épaisseur de paroi de la bague d'étanchéité 11 peut être essentiellement plus faible ici que l'épaisseur de paroi du tuyau d'échappement 10. A l'extrémité 12 rabattue est contigüe et se rattache tout d'abord une zone d'appui 16. Cette zone d'appui s'étend essentiellement parallèlement aux zones extérieures de la bague d'étanchéité 11. Elle est réalisée par là-même quasiment en forme d'enveloppe cylindrique et forme un siège étanche plat avec une très bonne étanchéité. A cette zone d'appui 16 est contigüe et se rattache une section d'extrémité 17 libre. La section d'extrémité libre 17 est élargie en forme d'entonnoir. Un angle W de 5° à 20° par rapport au côté extérieur 18 de la manchette 8 est formé. La section d'extrémité 17 libre se termine à distance d'un côté avant 19 du tuyau d'échappement 10. La manchette 8 se termine aussi à une distance du côté avant 19 du tuyau d'échappement 10, la distance étant choisie de sorte qu'une compensation longitudinale thermique soit possible sans problème dans le cadre des températures de service usuelles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Liste des numéros de référence : 1 - Turbocompresseur 2 - Boîtier extérieur 3 - Bride de boîtier 4 - Bride d'échappement 5 - Boîtier de rotor 6 - Coque de tôle 7 - Coque de tôle 8 - Manchette 9 - Roue de turbine 10 - Tuyau d'échappement 11 - Bague d'étanchéité 12 - Extrémité rabattue 13 - Extrémité 14 - Bague d'appui 15 - Cordon de soudure 16 - Zone d'appui 17 - Section d'extrémité libre 18 - Côté extérieur 19 - Côté avant W - Angle REVENDICATIONS1. Enveloppe de turbine d'un turbocompresseur des gaz d'échappement, comprenant un boîtier extérieur (2), dans lequel un boîtier de rotor (5) est disposé avec une manchette (8) tubulaire et un tuyau d'échappement (10), le tuyau d'échappement (10) étant couplé en déplacement relatif à la manchette (8) tubulaire et entre la manchette (8) et le tuyau d'échappement (10) est disposée une bague d'étanchéité (11) séparée qui est reliée au tuyau d'échappement (10), caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) est rabattue vers l'intérieur. 2. Enveloppe de turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) présente, à son extrémité (12) rabattue, une zone d'appui (16) avec laquelle la bague d'étanchéité (11) repose sur le côté extérieur de la manchette (8) du boîtier de rotor. 3. Enveloppe de turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité (11) est précontrainte élastiquement par son extrémité (12) rabattue contre la manchette (8). 4. Enveloppe de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) présente, à son extrémité (12) rabattue, une section d'extrémité (17) libre, qui est élargie en forme d'entonnoir. 5. Enveloppe de turbine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section d'extrémité (17) libre se trouve dans un angle de 5° à 20° par rapport au côté extérieur (18) de la manchette (8). 6. Enveloppe de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) entoure le tuyau d'échappement (10). 7. Enveloppe de turbine selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bague 30 d'étanchéité (11) est entourée par une bague d'appui (14), la bague d'appui (14) et la25bague d'étanchéité (11) étant reliées par assemblage thermique au tuyau d'échappement (10). 8. Enveloppe de turbine selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) est maintenue par serrage sur le tuyau d'échappement (10). 9. Enveloppe de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) est réalisée en un alliage à base de nickel. 10. Enveloppe de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité (11) est réalisée à double paroi.