Brevet FR2951497A1 — publié le 20110422

Elément de reprise d'effort pour un turbocompresseur d'une ligne d'échappement La présente invention concerne un turbocompresseur pour une ligne d'échappement prévue pour être raccordée à un moteur de véhicule automobile, la ligne d'échappement comprenant un collecteur d'échappement et le moteur comprenant une culasse, le turbocompresseur étant du type comprenant : - un carter de turbine ; - un carter central ; - une pièce de support du turbocompresseur fixée au carter de turbine et au carter central ; et - des premiers moyens de fixation adaptés pour fixer le turbocompresseur sur un élément parmi le collecteur d'échappement et la culasse. On connaît des turbocompresseurs de ce type, par exemple d'après le document FR 2 910 544 Al, destinés à suralimenter des moteurs à combustion interne, diesel ou essence, de véhicules automobiles de manière à augmenter les performances des moteurs et réduire la consommation des véhicules. Pour des raisons de coût, de masse et d'inertie thermique, le carter de turbine de tels turbocompresseurs peut être fabriqué à partir de tôle d'acier. Cependant, l'application d'un carter de turbine en tôle d'acier ne permet pas au carter de turbine, du fait de sa résistance mécanique, de supporter l'ensemble des efforts auxquels est soumis le turbocompresseur. L'invention a pour but de proposer un turbocompresseur simple et économique à fabriquer et dont les performances sont améliorées. A cet effet, l'invention a pour objet un turbocompresseur du type précité, caractérisé en ce que la pièce de support est interposée entre le carter de turbine et le carter central, la pièce de support possédant une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, et le carter de turbine étant fabriqué à partir de tôle d'acier ou composite et possédant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3 mm. Le turbocompresseur selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la pièce de support est fabriquée à partir de tôle d'acier ou de fonte ou de fonte d'acier ou composite céramique organique ou inorganique ; - la pièce de support présente sensiblement une forme de coupelle avec deux faces disposées en regard respectivement du carter de turbine et du carter central ; - la pièce de support comporte un orifice central propre à être traversé par un arbre du turbocompresseur ; - le carter de turbine comprend une volute, la pièce de support formant une embase de la volute ; - les premiers moyens de fixation comportent des colonnettes fixées sur la pièce de support et adaptées pour coopérer avec des organes de fixation complémentaires prévus sur ledit élément ; - le turbocompresseur comprend un actionneur de géométrie variable et/ou un actionneur de soupape de dérivation fixé sur la pièce de support ; - le turbocompresseur comprend un carter de compresseur, une patte de support du turbocompresseur fixée sur le carter de compresseur et interposée entre le carter de compresseur et le carter central, et des deuxièmes moyens de fixation adaptés pour fixer la patte de support sur ledit élément ; - les deuxièmes moyens de fixation comportent des colonnettes fixées sur la patte de support et adaptées pour coopérer avec des organes de fixation complémentaires prévus sur ledit élément ; et - la pièce de support comporte un bras de support d'un autre élément de la ligne d'échappement. L'invention a également pour objet une ligne d'échappement prévue pour être raccordée à un moteur de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un turbocompresseur tel que défini ci-dessus. L'invention a en outre pour objet un véhicule automobile, du type comprenant un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement telle que définie ci-dessus, la ligne d'échappement étant raccordée au moteur. L'invention sera mieux 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 une vue en perspective, côté turbine, d'un turbocompresseur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 2 est une vue en perspective latérale du turbocompresseur de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue de l'intérieur de la turbine du turbocompresseur de la Figure 1 ; - la Figure 4 est une vue en coupe longitudinale de la turbine du turbocompresseur de la Figure 1 ; - la Figure 5 est une vue en perspective latérale d'un turbocompresseur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 6 est une vue de l'intérieur du compresseur du turbocompresseur de la Figure 5 ; et - les Figures 7 et 8 sont des vues en perspective d'un turbocompresseur selon respectivement un troisième et un quatrième mode de réalisation de l'invention. Les Figures 1 et 2 représentent un turbocompresseur 10 d'une ligne d'échappement raccordée à un moteur d'un véhicule automobile. Le turbocompresseur 10 comprend un compresseur 12 et une turbine 14 qui sont liés mécaniquement en rotation par un arbre commun (non représenté) d'axe sensiblement longitudinal X-X. Le compresseur 12 comprend un carter de compresseur 16 qui délimite une chambre de compresseur 18 sensiblement cylindrique d'axe longitudinal X-X, et une roue de compresseur (non représentée) logée à l'intérieur du carter de compresseur 16 et reçue dans la chambre de compresseur 18, la roue de compresseur étant montée en rotation par rapport au carter de compresseur 16 autour de l'axe X-X. La turbine 14 comprend un carter de turbine 20 qui délimite une chambre de turbine 22 sensiblement cylindrique d'axe longitudinal X-X, et une roue de turbine (non représentée) logée à l'intérieur du carter de turbine 20 et reçue dans la chambre de turbine 22, la roue de turbine étant montée en rotation par rapport au carter de turbine 20 autour de l'axe X-X. Les carter de compresseur 16 et carter de turbine 20 sont agencés de part et d'autre d'un carter central 24 du turbocompresseur 10. Le carter central 24 délimite une chambre centrale 26 sensiblement cylindrique d'axe longitudinal X-X et forme un palier de guidage de l'arbre commun. Les roue de compresseur et roue de turbine sont solidarisées en rotation par l'arbre commun. Les chambre de compresseur 18 et chambre de turbine 22 communiquent l'une avec l'autre par l'intermédiaire de la chambre centrale 26. Le carter central 24 est fabriqué à partir de fonte, par exemple de fonte d'acier. Le compresseur 12 comprend également un conduit d'alimentation en air 28 qui débouche dans la chambre de compresseur 18, et un conduit d'évacuation d'air 30 raccordé à l'admission d'air du moteur du véhicule. La turbine 14 comprend également un conduit d'alimentation en gaz 32 qui débouche, par l'intermédiaire d'une volute 34, dans la chambre de turbine 22 et qui est raccordé à un collecteur d'échappement (non représenté) du moteur du véhicule, et un conduit d'évacuation des gaz 36 raccordé à un système d'échappement (non représenté) du moteur du véhicule. Le conduit d'alimentation en gaz 32 s'étend dans une direction sensiblement tangentielle à la volute 34 qui s'enroule autour de la chambre de turbine 22 dans un sens anti-horaire sur la Figure 1. Le carter de turbine 20, plus précisément la volute 34 est fabriquée à partir de tôle fine d'acier ou composite et possède une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3 mm, de préférence comprise entre 0,5 mm et 1 mm. Le turbocompresseur 10 comprend une pièce de support 38 du turbocompresseur 10 interposée entre le carter de turbine 20 et le carter central 24, et des moyens de fixation 40 de la pièce de support 38 sur une culasse (non représentée) du moteur du véhicule. En référence aux Figures 3 et 4, la pièce de support 38 présente sensiblement une forme de coupelle 42 avec une première grande face 44 disposée en regard de la volute 34 du carter de turbine 20 et une deuxième grande face 46 disposée en regard du carter central 24. Un orifice central 48 de forme sensiblement circulaire d'axe longitudinal X-X est ménagé dans la coupelle 42 de manière à être traversé par l'arbre commun du turbocompresseur 10. La pièce de support 38 comporte une partie de conduit 50 qui s'étend dans une direction sensiblement tangentielle à la coupelle 42. La pièce de support 38 est fixée par sa première grande face 44 au carter de turbine 20, par exemple par soudage. En variante, la pièce de support 38 est fixé au carter de turbine 20 par tout moyen approprié, tel que par vissage, sertissage, rivetage, etc. La coupelle 42 et la partie de conduit 50 de la pièce de support 38 forment ainsi une embase respectivement de la volute 34 et du conduit d'alimentation en gaz 32. La pièce de support 38 est également fixée par sa deuxième grande face 46 au carter central 24, par exemple à l'aide d'ensembles vis/écrou (non représentés) traversant des trous de fixation 52 prévus à cet effet dans la coupelle 42 et dans le carter central 24. En variante, la pièce de support 38 est fixée au carter central 24 par tout moyen approprié, tel que par soudage, sertissage, rivetage, par un collier de serrage de type V-band bicône ou équivalent, etc. La pièce de support 38 est fabriquée à partir de tôle épaisse d'acier ou de fonte ou de fonte d'acier ou composite céramique organique ou inorganique, et possède une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, de préférence comprise entre 3 mm et 5 mm, de préférence sensiblement égale à 4 mm. Les moyens de fixation 40 de la pièce de support 38 sur la culasse du moteur comportent au moins deux colonnettes 54 qui sont rapportées et fixées sur la coupelle 42, par exemple par soudage. En variante, les colonnettes 54 sont venues de matière avec la coupelle 42. Les colonnettes 54 s'étendent sensiblement parallèlement à la partie de conduit 50, une des colonnettes 54 s'étendant dans une direction sensiblement tangentielle à la coupelle 42 et l'autre des colonnettes 54 s'étendant dans une direction sensiblement radiale par rapport à la coupelle 42. Les colonnettes 54 coopèrent avec des organes de fixation complémentaires (non représentés), notamment des goujons de fixation, prévus sur la culasse du moteur. Les goujons de fixation de la culasse peuvent également servir à fixer une partie du collecteur d'échappement. Le turbocompresseur 10 peut être de type à géométrie variable de manière à contrôler l'écoulement des gaz d'échappement dans la turbine 14. Pour cela, le turbocompresseur 10 comprend un support de géométrie variable 56 portant des aubes mobiles non représentées, et un actionneur de géométrie variable propre à déplacer les aubes montées sur le support de géométrie variable 56. Comme illustré sur la Figure 4, le support de géométrie variable 56 est une pièce annulaire placée à l'entrée de la roue de turbine, dans l'orifice central 48 de la pièce de support 38, le support de géométrie variable 56 étant maintenu en position par la pièce de support 38. L'actionneur de géométrie variable est fixé sur la pièce de support 38, par exemple à l'aide d'ensembles vis/écrou (non représentés) traversant des lumières de fixation 58 prévues à cet effet dans la coupelle 42 (Figure 3). En variante, le turbocompresseur 10 comprend, à la place ou en plus du support de géométrie variable 56, un support de soupape de dérivation portant une soupape de dérivation, plus connue sous le nom de « wastegate », et un actionneur de soupape de dérivation propre à actionner la soupape de dérivation montée sur le support de soupape de dérivation de manière à limiter la pression à l'intérieur du turbocompresseur 10. L'actionneur de soupape de dérivation est également fixé sur la pièce de support 38 à l'aide des lumières de fixation 58. En variante encore, l'actionneur de géométrie variable et/ou l'actionneur de soupape de dérivation est fixée sur la pièce de support 38 par tout moyen approprié, tel que par sertissage, rivetage, etc. La Figure 5 représente un turbocompresseur 10 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui diffère du premier mode de réalisation des Figures 1 à 4 en ce qu'il comprend une patte supplémentaire de support 60 du turbocompresseur 10 et des moyens de fixation 62 de la patte de support 60 sur la culasse du moteur. Les éléments identiques sont désignés de manière identique par les mêmes numéros de référence. La patte de support 60 est interposée entre le carter de compresseur 16 et le carter central 24. Comme on le voit mieux sur la Figure 6, la patte de support 60 présente sensiblement une forme d'arc de cercle 64 d'axe longitudinal X-X avec un premier côté 66 disposé en regard du carter de compresseur 16 et un deuxième côté 68 disposé en regard du carter central 24. La patte de support 60 est fixée par son premier côté 66 au carter de compresseur 16 à l'aide d'ensembles vis/écrou 70 traversant des trous de fixation prévus à cet effet dans l'arc de cercle 64 et dans le carter de compresseur 16. La patte de support 60 est fabriquée à partir de tôle épaisse d'acier ou de fonte ou de fonte d'acier ou composite céramique organique ou inorganique, et possède une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, de préférence comprise entre 3 mm et 5 mm, de préférence sensiblement égale à 4 mm. Les moyens de fixation 62 de la patte de support 60 sur la culasse du moteur comportent au moins deux colonnettes 72 qui sont rapportées et fixées sur l'arc de cercle 64, par exemple par soudage. En variante, les colonnettes 72 sont venues de matière avec l'arc de cercle 64. Les colonnettes 72 s'étendent sensiblement parallèlement aux colonnettes 54 de la pièce de support 38, une des colonnettes 72 s'étendant dans une direction sensiblement tangentielle à l'arc de cercle 64 et l'autre des colonnettes 72 s'étendant dans une direction sensiblement radiale par rapport à l'arc de cercle 64. Les colonnettes 72 coopèrent avec des organes de fixation complémentaires (non représentés), notamment des goujons de fixation, prévus sur la culasse du moteur. En variante, la patte de support 60 n'est pas fixée sur la culasse mais est en simple appui sur cette dernière. Pour cela, la patte de support 60 comporte, à la place des colonnettes 72, des béquilles d'appui adaptées pour venir en contact avec la culasse. L'appui fourni par les béquilles d'appui est un appui rigide. En variante encore, l'appui fourni par les béquilles d'appui est un appui souple de manière à amortir les vibrations subies par le turbocompresseur 10, les béquilles d'appui étant alors munies d'éléments souples, par exemple en caoutchouc. Le fonctionnement du turbocompresseur 10 est expliqué ci-dessous. Les gaz issus du collecteur d'échappement du moteur du véhicule sont acheminés jusqu'au turbocompresseur 10 et entrent dans la volute 34 par le conduit d'alimentation en gaz 32. Ces gaz circulent le long de la volute 34, entrent dans la chambre de turbine 22 pour faire tourner la roue de turbine, et sont évacués par le conduit d'évacuation des gaz 36 en direction du système d'échappement du moteur du véhicule. La roue de turbine entraîne alors l'arbre commun du turbocompresseur 10 et fait tourner la roue de compresseur. Au fur et à mesure que la roue de compresseur tourne, de l'air est aspiré à travers le conduit d'alimentation en air 28, compressé et évacué par le conduit d'évacuation d'air 30 vers un collecteur d'admission du moteur du véhicule. Lors de ce fonctionnement, le turbocompresseur 10 est soumis à d'importantes sollicitations vibratoires. De par leur résistance mécanique, la pièce de support 38 et la patte de support 60 permettent non seulement de supporter l'ensemble de ces efforts mais également de supporter le poids du turbocompresseur 10 et de les transmettre directement à la culasse du moteur. L'invention propose donc un turbocompresseur simple et économique à fabriquer et dont les performances sont améliorées. En effet, la pièce de support 38 et la patte de support 60 permettent un maintien efficace du turbocompresseur 10 sur la culasse du moteur. De plus, les efforts appliqués au turbocompresseur 10 sont repris par la pièce de support 38 et la patte de support 60 et transmis directement à la culasse du moteur. Ces efforts ne passent pas par la carter de turbine 20. Ceci permet de réduire l'épaisseur de la volute 34 en tôle d'acier ou composite et donc de limiter le poids, l'inertie thermique et le coût de l'ensemble. Ainsi, la volute 34 a pour unique fonction de guider les gaz d'échappement depuis le conduit d'alimentation en gaz 32 jusqu'à la roue de turbine. Dans les deux modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, la coupelle 42 et la partie de conduit 50 de la pièce de support 38 forment une embase respectivement de la volute 34 et du conduit d'alimentation en gaz 32. En variante, la volute 34 et le conduit d'alimentation en gaz 32 sont formés par deux demi-coquilles assemblées l'une à l'autre et la pièce de support 38 est alors fixée au carter de turbine 20 par accostage sur la volute 34. Dans une variante non préférée, les colonnettes 54 sont rapportées et fixées sur le carter central 24, et non sur la pièce de support 38. Les efforts et le poids de la turbine 14 sont alors transmis par la pièce de support 38 au carter central 24, et du carter central 24 à la culasse du moteur. La Figure 7 représente un turbocompresseur 10 selon un troisième mode de réalisation de l'invention qui diffère du deuxième mode de réalisation des Figures 5 et 6 en ce que la pièce de support 38 comporte un bras de support 74 d'un autre élément de la ligne d'échappement, tel qu'un organe de purification catalytique 76. L'organe de purification catalytique 76 est par exemple un catalyseur/filtre à particules de forme sensiblement cylindrique prévu dans la ligne d'échappement, en aval du turbocompresseur 10 suivant le sens de circulation des gaz d'échappement. Le bras de support 74 prolonge la coupelle 42 dans une direction sensiblement radiale et présente une forme de C adaptée pour enserrer l'organe de purification catalytique 76. La Figure 8 représente un turbocompresseur 10 selon un quatrième mode de réalisation de l'invention qui diffère du troisième mode de réalisation de la Figure 7 en ce que la pièce de support 38 n'est pas fixée sur la culasse mais est seulement fixée sur un collecteur d'échappement 78 prévu dans la ligne d'échappement, en amont du turbocompresseur 10. Pour cela, la pièce de support 38 comporte une bride de fixation 80 fixée à l'extrémité de la partie de conduit 50. La bride de fixation 80 est elle-même fixée sur une bride complémentaire 82 prévue sur le collecteur 78, par exemple à l'aide d'ensembles vis/écrou non représentés traversant des lumières de fixation 84 pratiquées dans les deux brides 80, 82. En variante, la bride de fixation 80 est soudée sur la bride 82 du collecteur 78. En variante encore, la pièce de support 38 ne comporte pas de bride de fixation 80 et la pièce de support 38 est fixée directement sur le collecteur 78, par exemple par soudage. REVENDICATIONS1.- Turbocompresseur (10) pour une ligne d'échappement prévue pour être raccordée à un moteur de véhicule automobile, la ligne d'échappement comprenant un collecteur d'échappement (78) et le moteur comprenant une culasse, le turbocompresseur (10) étant du type comprenant : - un carter de turbine (20) ; - un carter central (24) ; - une pièce de support (38) du turbocompresseur (10) fixée au carter de turbine (20) et au carter central (24) ; et - des premiers moyens de fixation (40) adaptés pour fixer le turbocompresseur (10) sur un élément parmi le collecteur d'échappement (78) et la culasse, caractérisé en ce que la pièce de support (38) est interposée entre le carter de turbine (20) et le carter central (24), la pièce de support (38) possédant une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 mm, et le carter de turbine (20) étant fabriqué à partir de tôle d'acier ou composite et possédant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3 mm. 2.- Turbocompresseur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de support (38) est fabriquée à partir de tôle d'acier ou de fonte ou de fonte d'acier ou composite céramique organique ou inorganique. 3.- Turbocompresseur (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de support (38) présente sensiblement une forme de coupelle (42) avec deux faces (44, 46) disposées en regard respectivement du carter de turbine (20) et du carter central (24). 4.- Turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de support (38) comporte un orifice central (48) propre à être traversé par un arbre du turbocompresseur (10). 5.- Turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carter de turbine (20) comprend une volute (34), la pièce de support (38) formant une embase de la volute (34). 6.- Turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les premiers moyens de fixation (40) comportent des colonnettes (54) fixées sur la pièce de support (38) et adaptées pour coopérer avec des organes de fixation complémentaires prévus sur ledit élément. 7.- Turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur de géométrie variable et/ou un actionneur de soupape de dérivation fixé sur la pièce de support (38). 8.- Turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un carter de compresseur (16), une patte de support (60) du turbocompresseur (10) fixée sur le carter de compresseur (16) et interposée entre le carter de compresseur (16) et le carter central (24), et des deuxièmes moyens de fixation (62) adaptés pour fixer la patte de support (60) sur ledit élément. 9- Turbocompresseur (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de fixation (62) comportent des colonnettes (72) fixées sur la patte de support (60) et adaptées pour coopérer avec des organes de fixation complémentaires prévus sur ledit élément. 10.- Turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pièce de support (38) comporte un bras de support (74) d'un autre élément (76) de la ligne d'échappement. 11.- Ligne d'échappement prévue pour être raccordée à un moteur de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un turbocompresseur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12.- Véhicule automobile, du type comprenant un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement selon la revendication 11, la ligne d'échappement étant raccordée au moteur.20