Brevet FR2950933A1 — publié le 20110408

TURBOCOMPRESSEUR MUNI D'UNE BRIDE REFROIDIE [0001] L'invention porte sur le domaine du refroidissement des moteurs à combustion et de leurs périphériques. Plus précisément elle s'applique aux moteurs suralimentés présentant un collecteur d'échappement intégré à leur culasse. [0002] Il est connu dans l'art antérieur d'intégrer à la culasse d'un moteur à combustion le collecteur d'échappement, afin de réduire l'encombrement et le coût de production de l'ensemble. Cette solution est souvent employée sur des moteurs de faible cylindrée, présentant typiquement 3 ou 4 cylindres. Cette configuration offre un intérêt en termes de coût, mais présente des difficultés techniques, notamment en termes de refroidissement. Pour répondre à cette il est connu de ménager des chambres d'eau autour des conduits d'échappement. Des contraintes industrielles (procédé de coulée, tenue des noyaux) imposent cependant des épaisseurs de parois minimales qui représentent une résistance thermique. En outre, la zone du noyau d'eau se situant proche de la sortie du collecteur constitue une zone ou l'écoulement de l'eau est ralenti, ce qui limite les échanges thermiques dans cette zone. [0003] Dans le cadre d'un moteur suralimenté, un turbocompresseur est fixé à la sortie du collecteur d'échappement. Or, cette zone est difficilement refroidie pour les raisons précédemment évoquées. [0004] Un turbocompresseur présente un carter en fonte ou en acier, et est prévu pour fonctionner à très haute température. Si on connait dans l'art antérieur des turbocompresseurs dont le palier est refroidi, rien n'est actuellement prévu en ce qui concerne sa bride de fixation. La température atteinte par la bride de fixation du turbocompresseur en fonctionnement est cependant de nature à endommager le collecteur intégré d'une culasse en aluminium ou en alliage d'aluminium, puisque dans ce cas de figure, la bride du turbocompresseur est directement en contact avec la culasse. En effet, la température maximale de fonctionnement d'une pièce en aluminium est de l'ordre de 200°C, limite au-delà de laquelle des modifications dans la structure cristalline sont constatées, tandis qu'un turbocompresseur peut atteindre 800°C à 950°C dans les conditions de fonctionnement les plus extrêmes. [0005] Dans l'invention, on résout ce problème en proposant un turbocompresseur d'architecture particulière permettant le refroidissement de sa bride de fixation. [0006] Plus précisément, l'invention porte donc sur un turbocompresseur comprenant un carter muni d'une bride de fixation pour sa fixation au collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la bride comporte au moins une cavité destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement. Ainsi, la bride du turbocompresseur peut être suffisamment refroidie pour éviter toute dégradation du collecteur sur lequel elle est montée. On peut notamment éviter une dégradation thermique, liée à la température du carter du turbocompresseur en fonctionnement, ou encore une dégradation mécanique liée à la dilatation différentielle entre la bride du compresseur et le collecteur d'échappement. [0007] Dans une variante de l'invention, la cavité est unique et entoure au moins en partie un conduit d'entrée des gaz d'échappement dans le turbocompresseur. Ainsi, il est possible d'organiser une circulation d'eau dans cette cavité. Etant périphérique du conduit d'entrée des gaz d'échappement, la cavité ainsi constituée permet un refroidissement de la bride du carter de turbocompresseur dans des zones particulièrement contraintes. [0008] Dans une autre variante de l'invention, plusieurs cavités sont réparties autour d'un conduit d'entrée des gaz d'échappement dans le turbocompresseur. Ainsi, la géométrie des cavités et leur répartition peuvent être adaptées de sorte à optimiser le refroidissement et faciliter l'alimentation en liquide de refroidissement des cavités. [0009] Dans une variante dans laquelle la bride présente une surface d'appui apte à coopérer avec une surface correspondante d'un collecteur d'échappement, chaque cavité est une gorge ouverte ménagée dans la surface d'appui. La ou les cavités ainsi constituées seront fermées par la surface de fixation sur le collecteur d'échappement. De telles cavités sont extrêmement simples à réaliser, par exemple par fraisage de la face d'appui de la bride du turbocompresseur. [0010] Dans une variante, chaque cavité est dotée d'un port d'entrée et d'un port de sortie. Ceci est notamment applicable lorsque la cavité est fermée vis-à-vis de la face d'appui de la bride. Cela permet d'organiser le flux de liquide de refroidissement dans la bride, et d'assurer les interfaces avec le circuit dans lequel est prélevé le liquide de refroidissement destiné à refroidir la bride, par exemple le circuit de refroidissement principal du moteur. [0011] Dans une variante, les ports d'entrée et de sortie débouchent sur la surface d'appui. Ainsi, les cavités pourront être mises en relation avec un circuit de refroidissement du collecteur sur lequel le turbocompresseur est fixé. Lors de la fixation de la bride sur le collecteur, le circuit de refroidissement de la bride est ainsi constitué, sans opération supplémentaire de branchement et sans engendrer un encombrement supplémentaire. [0012] L'invention porte également sur un ensemble comportant une culasse à collecteur d'échappement intégrée d'un moteur à combustion présentant un circuit refroidissement liquide et un turbocompresseur selon l'invention fixé sur ledit collecteur, dans lequel le circuit de refroidissement de la culasse communique avec chaque cavité de la bride du turbocompresseur. On protège ainsi le collecteur intégré de la culasse d'une dégradation liée à l'échauffement du turbocompresseur. En outre, on met ainsi en jeu le circuit de refroidissement préexistant dans la culasse et le collecteur intégré, moyennant les adaptations nécessaires à sa communication avec la ou les cavités de la bride du turbocompresseur. [0013] De préférence, la culasse est en alliage d'aluminium. Une culasse dite en aluminium (en pratique en alliage d'aluminium) permet en effet la réalisation d'un collecteur d'échappement intégré, mais dont la structure peut être détériorée par un échauffement excessif. Le turbocompresseur pouvant, lors de son fonctionnement, atteindre des températures nettement supérieures aux températures admissibles par le collecteur intégré en alliage d'aluminium, un refroidissement de la bride du turbocompresseur selon l'invention prend alors tout son intérêt. [0014] De préférence, l'ensemble présente des moyens mécaniques d'indexation en position entre la culasse et la bride du turbocompresseur. Il peut s'agir d'ergots, de plots, ou de tout autre moyen facilitant la bonne mise en position de l'ensemble lors de son montage. [0015] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0016] La figure 1 présente schématiquement un turbocompresseur selon l'invention selon un premier mode de réalisation, monté sur une culasse à collecteur d'échappement intégré. [0017] La figure 2 présente schématiquement un turbocompresseur selon l'invention selon un second mode de réalisation, monté sur une culasse à collecteur d'échappement intégré. [0018] Tel que représenté en figure 1, un turbocompresseur 1 présente une bride de fixation 2 permettant son montage sur une culasse 3 d'un moteur à combustion présentant un collecteur d'échappement intégré à la culasse 3. La bride présente une surface d'appui 21 apte à coopérer avec une surface correspondante 31 du collecteur ménagé dans la culasse 3. [0019] La culasse 3 présente, autour des conduits formant le collecteur d'échappement intégré, un premier noyau 32 et un second noyau 33 permettant la circulation d'un fluide calorifère pour le refroidissement du collecteur intégré à la culasse 3. Ces noyaux font partie d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion. [0020] Dans la première variante de l'invention ici représentée, le premier noyau 32 et un second noyau 33 présentent la particularité d'être débouchant au niveau de la surface correspondante 31. [0021] Dans l'invention, la bride 2 présente une cavité 4 destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement. Dans la variante de l'invention ici représentée, cette cavité 4 prend la forme d'une gorge ménagée dans la surface d'appui 21. La gorge est, dans la variante ici représentée, une gorge périphérique qui entoure le conduit d'entrée 5 des gaz d'échappement dans le turbocompresseur 1. [0022] Le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement arrive par le premier noyau 32 (respectivement par le second noyau 33), chemine dans la bride 2 par la gorge, et repart dans le second noyau 33 (respectivement par le premier noyau 32). La bride 2 est ainsi refroidie, et la culasse 3 ne risque aucune détérioration thermique au niveau de son interface avec le turbocompresseur 1. [0023] Dans une variante on dispose une pluralité de cavités débouchant au niveau de la surface d'appui 21. Des arrivées de fluide de refroidissement sont positionnées en regard de chacune des cavités : le mode de réalisation s'apparente alors à celui connu sur les blocs moteur à chemise sèche à tablature, c'est-à-dire une alternance entre orifice de passage et paroi pleine. [0024] Dans la variante de l'invention présentée en figure 2, la cavité 4 présente dans la bride 2 a la forme d'un noyau annulaire autour du conduit d'entrée 5 des gaz d'échappement dans le turbocompresseur 1. [0025] La section de la cavité 4 peut être évolutive, en fonction de la géométrie de la bride 2. On notera en outre que la bride 2 prend dans la variante ici représentée une forme localement élargie afin de pouvoir y ménager la cavité 4. La cavité 4 présente un premier port d'entrée 41 et un port de sortie 42, destinés respectivement à l'entrée et à la sortie du liquide de refroidissement dans la cavité 4. Le port d'entrée 41 est lié via un premier conduit 34 au noyau par lequel le liquide de refroidissement arrive ménagé dans la culasse, et le port de sortie 42 est relié via un second conduit 35 au noyau par lequel le liquide de refroidissement repart dans le circuit de refroidissement du moteur. [0026] Le premier noyau 32 et le second noyau 33, ainsi que la cavité 4, sont ainsi respectivement positionnés de part et d'autre de l'interface entre la bride 2 du turbocompresseur 1 et la culasse 3. L'interface est ainsi parfaitement refroidie, et la culasse 3 ne risque aucune détérioration thermique au niveau de cette interface. [0027] Que ce soit dans le cadre de la variante de l'invention présentée en figure 1 ou dans le cadre de la variante présentée en figure 2, l'étanchéité entre le la cavité 4 et les noyaux de la culasse 3 peut être réalisée par un joint métallique déformable, par exemple analogue aux joints connus pour réaliser l'étanchéité entre la culasse et le bloc moteur, et communément appelé « joint de culasse ». Ce type de joint permet d'assurer l'étanchéité aux gaz et à l'eau (ou tout liquide de refroidissement du moteur). [0028] Dans une variante de l'invention non représentée, les ports d'entrée 41 et de sortie 42 sont reliés au circuit de refroidissement du moteur par des conduits externes à la culasse. Dans ce cas, il n'y a pas directement d'échange de fluide entre la cavité 4 et les premier et second noyaux 32,33, mais le refroidissement de part et d'autre de l'interface entre la bride 2 du turbocompresseur 1 et la culasse 3 est réalisé de manière analogue au cas d'espèce représenté en figure 2. [0029] Toute solution hybride entre les différents modes de réalisation est envisageable. En particulier, le liquide de refroidissement entrant dans la cavité peut provenir d'un noyau ménagé dans la culasse et repartir par un circuit externe à la culasse, ou provenir d'un circuit externe à la culasse et repartir par un noyau ménagé dans la culasse. [0030] L'invention permet ainsi la conception d'un moteur suralimenté à collecteur d'échappement intégré à une culasse en aluminium, alliage d'aluminium, ou tout métal ou alliage présentant une température d'utilisation relativement faible avant d'observer des modifications structurelles, dans lequel un turbocompresseur est directement monté en sortie du collecteur intégré à la culasse. Revendications: 1. Turbocompresseur (1) comprenant un carter muni d'une bride (2) de fixation pour sa fixation au collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la bride (2) comporte au moins une cavité (4) destinée à la circulation d'un 5 liquide de refroidissement. 2. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (4) est unique et entoure au moins en partie un conduit d'entrée (5) des gaz d'échappement dans le turbocompresseur. 3. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé par plusieurs cavités (4) 10 réparties autour d'un conduit d'entrée (5) des gaz d'échappement dans le turbocompresseur. 4. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la bride (2) présentant une surface d'appui (21) apte à coopérer avec une surface correspondante (31) d'un collecteur d'échappement, caractérisé en ce que chaque cavité (4) est une 15 gorge ouverte ménagée dans la surface d'appui. 5. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque cavité est dotée d'un port d'entrée (41) et d'un port de sortie (42). 6. Turbocompresseur selon la revendication 5, la bride présentant une surface d'appui (21) apte à coopérer avec une surface correspondante (31) d'un collecteur 20 d'échappement, caractérisé en ce que les ports d'entrée (41) et de sortie (42) débouchent sur la surface d'appui. 7. Ensemble comportant une culasse (3) à collecteur d'échappement intégrée d'un moteur à combustion présentant un circuit refroidissement liquide et un turbocompresseur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes fixé sur 25 ledit collecteur, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement de la culasse communique avec au moins une cavité (4) de la bride (2) du turbocompresseur (1). 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la culasse (3) est en alliage d'aluminium. 9. Ensemble selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'il présente des moyens mécaniques d'indexation en position entre la culasse (3) et la bride (2) du turbocompresseur (1).