Brevet FR2956436A1 — publié le 20110819

CHARGEUR A ONDES DE PRESSION La présente invention concerne un chargeur (ou compresseur) à ondes de pression, destiné à être disposé sur un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, avec un rotor et un boîtier de rotor. Les machines (moteurs) à combustion interne pour véhicules automobiles sont suralimentées pour augmenter leur rendement. Le processus de changement de charge est amélioré, lors du cycle d'admission, grâce à une augmentation du niveau de remplissage du cylindre. Les moteurs suralimentés présentent une consommation spécifique inférieure par rapport à des moteurs non suralimentés. A résistance interne égale, un moteur suralimenté peut brûler la même quantité de mélange d'air et de carburant qu'un moteur à cylindrée supérieure. Il présente par conséquent un rendement supérieur. Les systèmes de suralimentation qui génèrent des processus à dynamique des gaz dans des conduits de gaz fermés et les utilisent pour la suralimentation, sont généralement désignés comme étant des chargeurs à ondes de pression ou machines à ondes de pression. Les rotors alvéolaires utilisés dans les machines à ondes de pression sont généralement de configuration cylindrique et possèdent généralement des canaux à section constante sur leur étendue, lesquels s'étendent du côté des gaz chauds vers le côté des gaz froids. On connaît le fait, pour des chargeurs à ondes de pression qui sont utilisés en tant que compresseurs d'air de suralimentation pour des moteurs à combustion interne, d'entraîner le rotor alvéolaire de manière active. De par le document EP 0 235 609 Al, un chargeur à ondes de pression fonctionnant librement et entraîné par la puissance des gaz fait cependant également partie de l'état de la technique. L'entraînement du rotor alvéolaire s'effectue grâce à la sollicitation des cloisons des alvéoles par des gaz d'échappement à haute pression, lesquels débouchent dans le boîtier de rotor via des conduits de gaz selon un angle d'admission correspondant et qui font tourner le rotor alvéolaire grâce à l'entrée du gaz d'échappement. Ce qui est problématique avec les configurations de chargeurs à ondes de pression actuels, c'est l'ensemble des contraintes thermiques auxquelles la totalité de la géométrie des pièces du rotor alvéolaire est soumise. C'est ainsi que, pour des raisons conceptuelles, on trouve du côté chaud du rotor alvéolaire des températures allant jusqu'à 1 100°C et du côté froid des températures d'un maximum de 200°C. Cela peut avoir pour conséquence une déformation thermique des pièces en raison de la température et un rendement sous-optimal du chargeur à ondes de pression qui en résulte. Un début de solution pour ces problèmes posés consiste à calculer la dilatation thermique du rotor avec le boîtier du rotor pour les états de fonctionnement qui apparaissent, de manière à ce qu'il y ait un espacement optimal pendant le fonctionnement entre des cloisons des alvéoles du rotor et le boîtier du rotor. Il y a cependant également une problématique en ce que dans un premier temps, en partant du comportement lors du démarrage à froid, le rotor alimenté en gaz chaud se dilate davantage thermiquement que le boîtier du rotor entrant par la suite en contact avec du gaz chaud. Etant donné que le rendement du chargeur à ondes de pression pouvant être obtenu dépend directement des degrés d'espacement entre le rotor et le boîtier de rotor, le rendement est co-déterminé de manière décisive par les comportements thermomécaniques des pièces impliquées. Le but de la présente invention consiste à réaliser un échauffement régulier du rotor et du boîtier de rotor afin d'améliorer le rendement, de manière à obtenir une différence de température la plus faible possible entre les deux pièces avec pour objectif de conserver des degrés d'espacement les plus faibles possibles. Le présent but est atteint selon l'invention grâce à un chargeur à ondes de pression destiné à être disposé sur un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, avec un rotor et un boîtier de rotor, caractérisé en ce que le boîtier de rotor présente un revêtement pour l'absorption du rayonnement thermique sur une surface intérieure du boîtier de rotor. Dans un mode de réalisation de l'invention, on applique sur le boîtier de rotor d'un chargeur à ondes de pression un revêtement pour l'absorption d'un rayonnement thermique sur une surface intérieure du boîtier de rotor. Grâce à un revêtement de la surface intérieure du boîtier de rotor pour l'absorption d'un rayonnement thermique, le boîtier de rotor s'échauffe au niveau de la surface intérieure non seulement par convection du gaz chaud qui passe dans les compartiments des alvéoles, mais également grâce au rayonnement thermique du gaz chaud absorbé ainsi que grâce au rayonnement thermique du rotor. Dans le cadre de l'invention, on entend par revêtement absorbant le rayonnement thermique, un revêtement qui forme la surface intérieure du boîtier de rotor essentiellement en tant que corps noir. Le rayonnement thermique émis grâce au gaz chaud et également grâce au rotor est ainsi transformé en chaleur au niveau de la surface intérieure du boîtier du rotor, ce qui est optimisé grâce au revêtement de manière à ce que, grâce à celui-ci, il est possible d'absorber un maximum de rayonnement thermique. La différence de température entre le rotor et le boîtier diminue. C'est pourquoi il est possible de choisir des degrés d'espacement plus faibles, du fait que les pièces se dilatent proportionnellement les unes par rapport aux autres. Des degrés d'espacement plus faibles résultent en une augmentation du rendement. Le boîtier de rotor présente de préférence, sur un côté extérieur du boîtier de rotor, une rugosité de surface moins importante que celle de la surface intérieure du boîtier de rotor. A l'intérieur du boîtier de rotor, il y a formation d'une conduction thermique grâce à la chaleur absorbée par rayonnement thermique et convection. La température suit un gradient de température ayant tendance à produire un côté extérieur du boîtier du rotor plus froid. Du côté extérieur du boîtier de rotor, la chaleur quitte de nouveau le boîtier de rotor grâce à la convection et au rayonnement thermique en le refroidissant de ce fait. Afin de minimiser la sortie de chaleur du côté extérieur du boîtier de rotor en relation avec la transformation de l'énergie thermique se trouvant dans le boîtier de rotor en un rayonnement thermique, le côté extérieur du boîtier de rotor présente une rugosité de surface aussi faible que possible. Dans le cadre de l'invention, on entend par surface avec une rugosité de surface aussi faible que possible en cas d'une pièce métallique en tôle, une surface laminée lisse. Mais il est également possible que la surface présente une rugosité de surface encore plus faible, de sorte à être si possible miroitante. De cette manière, un maximum de la chaleur circulant à travers le boîtier de rotor et de l'énergie transformée à la surface en rayonnement thermique est réfléchi dans le matériau de celui-ci. La sortie d'un rayonnement thermique sur le côté extérieur du boîtier de rotor est minimisée grâce à la nature de la surface selon l'invention. Dans une variante de réalisation particulièrement préférée, la surface sur le côté extérieur du boîtier de rotor est réalisée par un usinage mécanique et/ou chimique et/ou physique. Afin de pouvoir davantage optimiser la nature de la surface du boîtier de rotor après le processus de fabrication en ce qui concerne le rayonnement thermique, la rugosité de la surface peut être réalisée grâce à un usinage supplémentaire dans le cadre de l'invention. Dans ce cas, on entend par exemple par usinage mécanique un polissage de la surface, lequel peut être amélioré grâce à des adjuvants, par exemple des agents de polissage. On entend par procédé d'usinage chimique par exemple un décapage de la surface et/ou un procédé de métallisation chimique sous vide. On entend par procédé d'usinage physique, par exemple un dépôt physique en phase vapeur. Dans une autre variante de réalisation préférée, le côté extérieur du boîtier de rotor est réalisé par revêtement. La pièce fabriquée du boîtier de rotor peut être revêtue sans autre usinage sur le côté extérieur de manière à ce que grâce au revêtement, la sortie d'énergie thermique par rayonnement thermique via le côté extérieur du boîtier de rotor soit minimisée. Il est également possible d'appliquer le revêtement en plus de l'usinage de la surface. De la même manière, dans le cadre de l'invention, on peut également envisager que le revêtement lui-même soit usiné grâce à un autre traitement sur sa surface. De manière avantageuse, le boîtier de rotor est entouré par une enveloppe isolante. Dans ce cas, l'enveloppe isolante est une isolation afin d'isoler thermiquement de manière supplémentaire le boîtier du rotor par rapport à l'environnement. La chaleur qui est évacuée par convection ou rayonnement thermique via la surface du boîtier de rotor est davantage minimisée grâce à l'enveloppe isolante. De cette manière, on obtient l'avantage que, dès la phase d'échauffement du chargeur à ondes de pression, seule une faible partie de la chaleur est évacuée dans l'environnement par le boîtier de rotor. Il s'en suit que le boîtier de rotor s'échauffe plus vite et atteint une température de fonctionnement correspondant de manière optimale au rotor, sur la base de laquelle on obtient toujours un degré d'espacement optimal entre le rotor et le boîtier du rotor. Dans un mode de réalisation préféré, l'enveloppe isolante présente, sur un côté intérieur d'enveloppe isolante et sur un côté extérieur d'enveloppe isolante, une rugosité de surface plus faible que celle de la surface intérieure du boîtier du rotor. Dans ce cas, on entend également ici par rugosité de surface une surface laminée lisse, si possible miroitante pour la réflexion d'un rayonnement thermique. Le côté intérieur de l'enveloppe isolante réfléchit la chaleur émise par le boîtier de rotor en la lui renvoyant. De cette manière, on obtient également l'avantage que le boîtier de rotor s'échauffe plus vite déjà lors d'une phase d'échauffement. La surface nette si possible miroir et/ou métallique sur le côté extérieur de l'enveloppe isolante produit le même effet que la nature de la surface sur le côté extérieur du boîtier de rotor. On empêche que l'énergie thermique se trouvant dans l'enveloppe isolante sorte de l'enveloppe isolante au niveau du côté extérieur de l'enveloppe isolante sous forme d'un rayonnement thermique. Il en résulte qu'il y a formation d'un gradient de température plus faible dans l'enveloppe isolante elle-même, moyennant quoi moins de chaleur est évacuée dans l'environnement par le boîtier de rotor lui-même par l'intermédiaire de l'enveloppe isolante. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de la présente invention, un espacement est formé entre l'enveloppe isolante et l'enveloppe du rotor. L'espacement offre, en raison de la faible thermoconductivité de l'air, une couche isolante supplémentaire entre le côté extérieur du boîtier de rotor et le côté intérieur de l'enveloppe isolante. De cette manière, on favorise un échauffement plus rapide du boîtier du rotor. L'enveloppe isolante est de préférence réalisée avec un matériau métallique. Les pièces du chargeur à ondes de pression lui-même s'échauffent à environ 100°C à 400°C au maximum, les gaz chauds du gaz d'échappement circulant dans le chargeur à ondes de pression ont une température allant jusqu'à environ 1 100°C et l'environnement immédiat du moteur à combustion interne se situe dans une plage de températures d'environ 70°C à 130°C de température de fonctionnement. Le matériau métallique de l'enveloppe isolante confère ainsi un effet particulièrement avantageux à la durée de vie de l'enveloppe isolante. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de la présente invention, le matériau du boîtier de rotor possède un coefficient de dilatation thermique, lequel est supérieur ou égal au coefficient de dilatation thermique du matériau du rotor. Du fait de la sollicitation des pièces en énergie thermique, il en résulte une dilatation thermique des pièces individuelles. En raison des différentes configurations et des différentes intensités de contact avec le gaz chaud, la dilatation des pièces individuelles est réciproquement inversement proportionnelle. Si le coefficient de dilatation thermique du boîtier de rotor présente une valeur au moins égale ou supérieure à celle du coefficient de dilatation thermique du rotor, alors on évite le danger qu'en cas de degré d'espacement réglé au minimum entre le rotor et le boîtier du rotor, le rotor ne soit coincé dans le boîtier de rotor. Le coefficient de dilatation thermique au moins égal ou supérieur du boîtier de rotor assure une dilatation plus rapide du boîtier de rotor par rapport au rotor au cours de la phase d'échauffement. Il en résulte que pendant le fonctionnement régulier, il y a formation d'un écartement optimal préalablement calculé entre le rotor et le boîtier du rotor. D'autres avantages, caractéristiques, propriétés et aspects de la présente invention résultent de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré à l'aide de la figure unique. Celle-ci sert uniquement à une meilleure compréhension de l'invention. La figure montre une coupe transversale à travers un chargeur à ondes de pression 1 avec une configuration d'isolation selon l'invention. Le chargeur à ondes de pression 1 se compose dans ce cas du rotor 2 situé à l'intérieur et d'un boîtier de rotor 3 entourant le rotor 2. Lors du fonctionnement, le rotor 2 tourne en symétrie de rotation autour de l'axe de rotation D. Le boîtier de rotor 3 est relié de manière fixe à un moteur à combustion interne non représenté. Un espacement S est représenté entre le rotor et le boîtier de rotor, lequel espacement peut être minimisé grâce à une configuration d'isolation selon l'invention, sans qu'il y ait un risque que le rotor 2 soit coincé dans le boîtier de rotor 3. Dans le cadre de l'invention, le boîtier de rotor 3 présente un revêtement 4 pour l'absorption d'un rayonnement thermique sur une surface intérieure du boîtier de rotor 5. Un rayonnement thermique émis par le rotor 2 et/ou le gaz chaud se trouvant dans le chargeur à ondes de pression 1 est ainsi absorbé au maximum de ce qui est possible grâce au revêtement 4 sur la surface intérieure du boîtier de rotor 5. Grâce à l'énergie thermique absorbée par l'intermédiaire de la surface intérieure du boîtier de rotor 5, un gradient de température AT s'établit de la surface intérieure du boîtier de rotor 5 jusqu'à un côté extérieur du boîtier de rotor, dans le boîtier de rotor 3. Le gradient de température AT assure une conduction thermique à l'intérieur du boîtier de rotor 3 et résulte en une émission de chaleur sous forme de convection et de rayonnement thermique sur une surface 7 du côté extérieur du boîtier de rotor 6. Le côté extérieur du boîtier de rotor 6 présente une surface 7 au moins laminée lisse, en particulier miroir, de sorte que la chaleur se trouvant dans le boîtier de rotor 3 soit réfléchie au maximum du rayonnement thermique généré par le boîtier du rotor 3 dans le boîtier de rotor 3 lui-même. On trouve de plus, autour du boîtier de rotor 3, une enveloppe isolante 8. L'enveloppe isolante 8 présente sur un côté intérieur d'enveloppe isolante 9 et sur un côté extérieur d'enveloppe isolante 10 également une surface autant que possible laminée lisse, en particulier miroir. Le côté intérieur d'enveloppe isolante 9 réfléchit ce faisant le rayonnement thermique sortant via le côté extérieur du boîtier de rotor 6 en retour vers celui-ci, le côté extérieur d'enveloppe isolante 10 procède selon le même principe que le côté extérieur du boîtier de rotor 6, il réfléchit un maximum du rayonnement thermique produit par l'enveloppe isolante 8 en retour dans l'enveloppe isolante 8 elle-même. Dans une configuration particulièrement préférée, représentée ici, le chargeur à ondes de pression 1 présente, entre le boîtier de rotor 3 et l'enveloppe isolante 8, un espacement d'air 11. L'espacement 11 assure, en raison de la faible capacité de thermoconduction de l'air, une isolation thermique supplémentaire du boîtier de rotor 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-des sus 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 références : 1. chargeur à ondes de pression 2. rotor 3. boîtier de rotor 25 4. revêtement de 5 5. surface intérieure du boîtier de rotor 6. surface extérieure du boîtier de rotor 7. surface de 6 8. enveloppe isolante 30 9. côté intérieur d'enveloppe isolante 10. côté extérieur d'enveloppe isolante 11. espacement d'air20 REVENDICATIONS1. Chargeur à ondes de pression (1), destiné à être disposé sur un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, avec un rotor (2) et un boîtier de rotor (3), caractérisé en ce que le boîtier de rotor (3) présente un revêtement (4) pour l'absorption d'un rayonnement thermique au niveau d'une surface intérieure du boîtier de rotor (5). 2. Chargeur à ondes de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier de rotor (3) présente, sur un côté extérieur du boîtier de rotor (6), une rugosité de surface moins importante que celle de la surface intérieure du boîtier de rotor (5). 3. Chargeur à ondes de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une surface (7) sur le côté extérieur du boîtier de rotor (6) est réalisée par un usinage mécanique et/ou chimique et/ou physique. 15 4. Chargeur à ondes de pression selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface (7) sur le côté extérieur du boîtier de rotor (6) est réalisée par un revêtement. 5. Chargeur à ondes de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 20 caractérisé en ce que le boîtier de rotor (3) est entouré par une enveloppe isolante (8). 6. Chargeur à ondes de pression selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe isolante (8) présente, sur un côté intérieur d'enveloppe isolante (9) et sur un côté extérieur d'enveloppe isolante (10), une rugosité de surface moins importante 25 que celle de la surface intérieure du boîtier de rotor (5). 7. Chargeur à ondes de pression selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un espacement (11) est réalisé entre l'enveloppe isolante (8) et le boîtier de rotor (3). 30 8. Chargeur à ondes de pression selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'enveloppe isolante (8) est réalisée à partir d'un matériau métallique. 9. Chargeur à ondes de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le matériau du boîtier de rotor (3) possède un coefficient de dilatation thermique supérieur ou égal au coefficient de dilatation thermique du matériau du rotor.