Brevet FR2938012A1 — publié le 20100507

TURBOCOMPRESSEUR A GEOMETRIE OPTIMISEE. La présente invention se rapporte principalement à un turbocompresseur optimisé pour des moteurs disposés transversalement, notamment pour des moteurs quatre cylindres en ligne disposés transversalement. Un turbocompresseur de type connu comporte un axe rigide rectiligne reliant une turbine entraînée en rotation par les gaz d'échappement d'un moteur thermique et un compresseur d'alimentation en air (comburant) d'un moteur à combustion interne. La détente des gaz d'échappement entraîne la turbine qui comporte des moyens de liaison mécanique, typiquement une tige disposée selon l'axe de rotation de la turbine, entraînant en rotation le compresseur. Les axes de rotation de la turbine, de la tige et du compresseur sont confondus. On les désignera dans la suite de ce brevet axe de rotation X-X'. En regardant un turbocompresseur de type connu selon X-X', du compresseur vers la turbine, les pièces tournantes, tournent dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre (c'est-à-dire en sens inverse du sens géométrique direct). La Demanderesse a découvert que cette architecture, qui sera appelée levogire dans la suite du brevet, et comme il sera expliqué ci-après en référence à la figure 2, présente des pertes de charges élevées pour un moteur disposé transversalement. De plus, dans un tel cas, les chemins de fluide sont plus longs, ce qui, d'une part conduit à un encombrement plus important et d'autre part exige la mise en oeuvre de conduites tubulaires plus longues et par suite plus coûteuses. En plus, les gaz d'échappement se refroidissent plus lorsque la longueur de conduite tubulaire qu'il emprunte est plus longue, ce qui conduit d'une part à une diminution du rendement du turbocompresseur et rend plus difficile et/ou moins efficace le traitement de dépollution ultérieur des gaz d'échappement. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un turbocompresseur adapté au moteur disposé transversalement notamment au moteur comportant quatre cylindres en ligne disposés transversalement. C'est également un but de la présente invention d'offrir un turbocompresseur adapté au moteur comportant des cylindres disposés en ligne, de préférence au moteur comportant quatre cylindres disposés en ligne de manière encore préférée un tel moteur monté transversalement. C'est également un but de la présente invention d'offrir un turbocompresseur présentant un bon rendement c'est-à-dire ayant une dynamique de fluide optimisée notamment pour les moteurs précités. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un turbocompresseur ayant une faible emprise dans le compartiment moteur.50 C'est également un but de la présente invention d'offrir un turbocompresseur permettant des connections avec des conduites tubulaires courtes, notamment avec les moteurs précités. L'invention a principalement pour objet un turbocompresseur comportant une turbine des moyens d'accouplement et un compresseur caractérisé en ce que en regardant dans la direction à partir du compresseur vers la turbine les éléments tournants du compresseur tournent dans le sens trigonométrique direct. L'invention a également pour objet un turbocompresseur comportant une turbine, un compresseur, des moyens d'accouplement de la turbine et du compresseur caractérisé en ce que les éléments tournants de la turbine en regardant dans la direction à partir du compresseur vers la turbine tournent dans le sens trigonométrique direct. L'invention a également pour objet un turbocompresseur caractérisé en ce que les moyens d'accouplement de la turbine et du compresseur sont rectilignes. L'invention a également pour objet un turbocompresseur caractérisé en ce que les axes de rotation de la turbine et du compresseur sont alignés. L'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un turbocompresseur selon l'invention comportant des moyens de connexion de la sortie d'air comprimé du compresseur à l'alimentation en air dudit moteur et des moyens de connexion des gaz de combustion sortant du moteur à l'entrée de la turbine. L'invention a aussi pour objet un moteur caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connection rectilignes ou sensiblement rectilignes reliant le collecteur d'échappement à une entrée tangentielle inférieure de la turbine. L'invention a également pour objet un moteur caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connection, rectilignes ou sensiblement rectilignes reliant une sortie tangentielle, supérieure d'air comprimé du compresseur à l'entrée d'air d'alimentation du moteur. L'invention a également pour objet un moteur caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur comportant quatre cylindres en ligne. L'invention a également pour objet un véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un turbocompresseur et/ou un moteur. L'invention a également pour objet un véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un moteur monté transversalement.45 L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs et sur lesquels : - La figure 1 est une vue isométrique schématique d'un turbocompresseur 5 de type connu ; La figure 2 est une vue isométrique schématique du compresseur de type connu associé à un moteur quatre cylindres en ligne monté transversalement ; - La figure 3 est une vue isométrique schématique d'un turbocompresseur selon la présente invention ; - La figure 4 est une vue isométrique schématique illustrant le changement 15 de l'architecture du turbocompresseur selon la présente invention par rapport au tube turbocompresseur de type connu ; - La figure 5 est une vue isométrique schématique illustrant l'association d'un turbocompresseur selon la présente invention avec un moteur 20 comportant quatre cylindres en ligne et montés transversalement sur un véhicule (non représenté). Sur les figures 1 à 5, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, on peut voir un turbocompresseur 1 de type connu comportant une turbine 3 entraînant par l'intermédiaire d'un élément mécanique de liaison 5, typiquement d'un axe, un compresseur 7 d'air d'alimentation d'un moteur thermique. 30 Soit la droite X-X' passant en 9 par l'axe de rotation du compresseur 7, par l'axe de révolution du moyen d'accouplement 5, et, en 11, par l'axe de rotation de la turbine 3. La turbine est alimentée tangentiellement, en 13, par les gaz d'échappement qui une fois qu'ils ont communiqué une partie de leur énergie 35 cinétique à l'équipage tournant de la turbine, sortent axialement de la turbine 3 en 15, selon l'axe X-X'. L'air d'alimentation à pression atmosphérique ou sensiblement atmosphérique entre axialement en 17 selon l'axe X-X' dans le compresseur 7. L'air comprimé par le compresseur 7 sort tangentiellement en 19. 40 La flèche 21.1 illustre le sens de rotation autour de l'axe X-X' de l'équipage mobile tournant du compresseur 7. La flèche 21.2 illustre le sens de rotation autour de l'axe X-X' du moyen d'accouplement 5. La flèche 21.3 illustre le sens de rotation autour de l'axe X-X' de l'équipage mobile tournant de la turbine 3. 45 De manière connue, les équipages mobiles tournants comportent des ailettes et tournent à vitesse importante. En regardant dans la direction X-X', c'est-à-dire à partir du compresseur vers la turbine, les éléments mobiles du turbocompresseur de type connu tournent dans le sens des aiguilles d'une montre (sens inverse du 50 sens trigonométrique direct). Toutefois, comme on peut le voir sur la figure 2, 10 25 cette disposition n'est pas du tout optimale pour assurer l'alimentation en air comprimé d'un moteur quatre cylindres en ligne disposé transversalement. L'avant du véhicule correspond à la partie droite des figures 2 et 5. Un moteur 23 est disposé transversalement dans le compartiment moteur et est prolongé sur la partie gauche dudit compartiment moteur par une boîte de vitesse 25. 10 Une commande 27 de la boîte de vitesse est disposée au-dessus de cette dernière. un collecteur d'échappement 29 est disposé à l'arrière du moteur 23. Au-dessus d'un catalyseur d'échappement 31 appelé oxikat dans la technique. Pour des raisons d'encombrement, le turbocompresseur 1 est disposé au-dessus du collecteur d'échappement 29. Ainsi, la sortie 15 des gaz d'échappement peut être 15 directement raccordée à l'entrée du catalyseur 31. Toutefois, l'alimentation 13 de la turbine 3, du fait de son sens de rotation, présente un coude 33 préjudiciable au rendement de la turbine et rallongeant la longueur de la conduite tubulaire formant l'alimentation de la turbine. De même, du fait du sens de rotation du compresseur 7, la sortie 19 d'air comprimé comporte un coude 35 dirigé en direction du moteur 20 23. Sur la figure 3, on peut voir un turbocompresseur 1' selon la présente invention, avantageusement muni des mêmes éléments que le turbocompresseur 1 de la figure 1 mais disposé (le manière optimisée. Ainsi, le turbocompresseur 1' selon la 25 présente invention comporte une turbine 3' entraînant par l'intermédiaire d'un élément mécanique de liaison 5' typiquement d'un axe, un compresseur 7' d'air d'alimentation d'un moteur thermique. Soit la droite X-X' passant en 9' par l'axe de rotation du compresseur, par l'axe 30 de révolution du moyen d'accouplement 5', et en 11', par l'axe de rotation de la turbine 3'. La turbine est alimentée tangentiellement, en 13', par les gaz d'échappement qui sortent axialement de la turbine 3' en 15', selon l'axe X-X'. L'air d'alimentation à pression atmosphérique ou sensiblement atmosphérique entre axialement en 17' selon l'axe X-X' dans le compresseur 7'. L'air comprimé 35 par le compresseur 7' sort tangentiellement en 19'. La flèche 21.1' illustre le sens de rotation autour de l'axe X-X' de l'équipage mobile du compresseur 7'. La flèche 21.2' illustre le sens de rotation autour de l'axe X-X' du moyen d'accouplement 5'. La flèche 21.3' illustre le sens de 40 rotation autour de l'axe X-X' de l'équipage tournant de la turbine 3'. Les équipages tournants comportent des ailettes et tournent à vitesse importante de manière analogue aux éléments des turbocompresseurs de type connu. En regardant dans la direction X-X', c'est-à-dire à partir du compresseur vers la 45 turbine, les éléments mobiles du turbocompresseur selon l'invention tournent dans le sens trigonométrique directe (sens inverse du sens des aiguilles d'une montre). Comme on peut le voir sur la figure 4, les turbocompresseurs 1 et 1' sont symétriques par rapport à un plan P orthogonal à la droite X-X'. Par analogie avec 50 le compresseur de type connu 1 que l'on a appelé levogire, le compresseur 1'5 selon la présente invention peut être appelé dextrogire. Il est à noter que, comme pour une main gauche et une main droite, aucune orientation dans l'espace ne permet de superposer les turbocompresseurs 1 et 1'. Sur la figure 5, on peut voir à quel point le turbocompresseur 1 selon la présente invention est optimalement adapté, notamment, à un moteur quatre cylindres en ligne disposés transversalement . En effet, au vu du sens de rotation et de la disposition naturelle du turbocompresseur 1', l'entrée de gaz d'échappement 13' peut être raccordée directement, sans coude au collecteur d'échappement (connection directe en bas de la turbine 3, dans le bon sens !). De même, la prise d'air 19' située en haut du compresseur 7' peut être raccordée à l'alimentation en air du moteur 23 sans nécessiter de coude. Ainsi, un véhicule selon la présente invention est plus compact, plus léger, moins polluant et a une plus faible consommation de carburant. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée au turbocompresseur dont l'axe de rotation de la turbine 3' du moyen d'accouplement 5' et du compresseur 7' sont alignés. L'entraînement du compresseur par la turbine s'effectue avantageusement par des moyens de liaison mécanique, avantageusement, mais non nécessairement rigides, avantageusement, mais non nécessairement rectilignes. Toutefois, l'entraînement pneumatique, électrique, magnétique ou autre, ne sort pas du cadre de la présente invention. L'invention s'applique notamment à l'industrie automobile. L'invention s'applique principalement à l'industrie de turbocompresseurs d'alimentation pour moteurs à combustion interne. 35 40 45 1,1' 3, 3' 5, 5' 7, 7' 9, 9' 11, 11' 13, 13' 15, 15' 17, 17' 19, 19' 21.1, 21.1' 21.2, 21.2' 21.3, 21.3' 23 25 27 29 50 31 turbocompresseur turbine moyen d'accouplement compresseur axe de rotation compresseur axe de rotation turbine alimentation turbine sortie gaz échappement entrée air air comprimé sens de rotation compresseur sens de rotation moyen d'accompagnement sens de rotation turbine moteur boîte de vitesse commande boîte collecteur d'échappement oxikat 33 coude entrée gaz d'échappement 35 coude air comprimé 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Revendications1. Turbocompresseur (1') comportant une turbine (3') des moyens d'accouplement (5') et un compresseur (7') caractérisé en ce que en regardant dans la direction (X-X') à partir du compresseur (7') vers la turbine (3') les éléments tournants du compresseur tournent dans le sens trigonométrique direct. 2. Turbocompresseur (1') comportant une turbine (3'), un compresseur (7'), des moyens d'accouplement de la turbine (3') et du compresseur (7') caractérisé en ce que les éléments tournants de la turbine en regardant dans la direction (X-X') à partir du compresseur (7') vers la turbine (3') tournent dans le sens trigonométrique direct. 3. Turbocompresseur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens d'accouplement de 1 a turbine (3') et du compresseur (7') sont rectilignes. 4. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les axes de rotation de la turbine (3') et du compresseur (7') sont alignés. 5. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un turbocompresseur (1') selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant des moyens de connexion de la sortie d'air comprimé du compresseur (7') à l'alimentation en air dudit moteur et des moyens (29') de connexion des gaz de combustion sortant du moteur à l'entrée (13') de la turbine (3'). 6. Moteur selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connection rectilignes ou sensiblement rectilignes reliant le collecteur d'échappement (29') à une entrée tangentielle inférieure (13') de la turbine (3'). 7. Moteur selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connection, rectilignes ou sensiblement rectilignes reliant une sortie (19') tangentielle, supérieure d'air comprimé du compresseur à l'entrée d'air d'alimentation du moteur (23). 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ledit moteur (23) est un moteur comportant quatre cylindres en ligne. 9. Véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou un moteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 45 10. Véhicule selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 monté transversalement. 50