Brevet FR2968717A1 — publié le 20120615

Carter de turbine pour turbocompresseur, turbine et turbocompresseur correspondants La présente invention concerne un carter de turbine pour turbocompresseur, du type comprenant : - une pièce de connexion adaptée pour relier le carter de turbine à un carter central du turbocompresseur ; - un conduit d'évacuation des gaz fixé à la pièce de connexion ; et - une volute fixée à la pièce de connexion et débouchant sur le conduit d'évacuation des gaz. On connaît des carters de ce type utilisés pour des turbocompresseurs 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, la volute de tels carters peut être fabriquée à partir de tôle d'acier. Cependant, les technologies actuelles de mise en forme de tôle d'acier ne permettent pas de réaliser des volutes optimales en termes de performances, la géométrie de la volute étant un des paramètres jouant sur l'efficacité du turbocompresseur. L'invention a pour but de proposer un carter simple et économique à fabriquer qui améliore les performances d'un turbocompresseur. A cet effet, l'invention a pour objet un carter du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de modification adapté pour modifier l'écoulement des gaz dans la volute, l'organe de modification étant solidaire de l'un parmi la pièce de connexion, le conduit d'évacuation des gaz et la volute et l'organe de modification n'étant pas venu de matière avec la volute. Le carter selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la volute est fabriquée à partir de tôle d'acier ; - la volute comporte un conduit d'alimentation en gaz et un passage annulaire d'écoulement des gaz débouchant latéralement en une zone de jonction du conduit d'alimentation en gaz, l'organe de modification étant disposé à l'intérieur de la volute, dans la zone de jonction ; - l'organe de modification est rapporté sur la volute, notamment par soudage, vissage ou rivetage. - l'organe de modification est rapporté sur la pièce de connexion ou le conduit d'évacuation des gaz, notamment par soudage, vissage ou rivetage ; - l'organe de modification est venu de matière avec la pièce de connexion ou le conduit d'évacuation des gaz ; - l'organe de modification est fabriqué à partir de fonte d'acier ; et - la volute comporte deux demi-coquilles assemblées l'une à l'autre. L'invention a également pour objet une turbine pour turbocompresseur, du type comprenant une roue de turbine, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter tel que défini ci-dessus, la roue de turbine étant logée à l'intérieur du carter. L'invention a en outre pour objet un turbocompresseur, du type comprenant un compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine telle que définie plus haut, le compresseur étant relié à la turbine. 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 d'un carter selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 2 est une vue en perspective d'une partie du carter de la Figure 1 ; et - la Figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un carter selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. De façon classique, un turbocompresseur comprend un compresseur et une turbine qui sont liés mécaniquement en rotation par un arbre commun. La turbine comprend un carter de turbine, illustré sur la Figure 1 et désigné par la référence générale 10, et une roue de turbine (non représentée) logée à l'intérieur du carter 10. Le carter 10 comprend une pièce de connexion 12 adaptée pour relier le carter 10 au reste du turbocompresseur, un conduit d'évacuation des gaz 14 et une volute 16 fixés chacun à la pièce de connexion 12. La pièce de connexion 12 relie le carter 10 à un carter central (non représenté) du turbocompresseur dans lequel est reçu l'arbre commun. La pièce de connexion 12 présente sensiblement une forme de coupelle et est fabriquée à partir de fonte d'acier. Le conduit d'évacuation des gaz 14 est destiné à être raccordé à un système d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile. Le conduit d'évacuation des gaz 14 possède une forme sensiblement cylindrique délimitée par une paroi latérale 18 d'axe X-X. La paroi latérale 18 définit ainsi une chambre interne 20 dans laquelle est reçue la roue de turbine, cette dernière étant montée en rotation par rapport au carter 10 autour de l'axe X-X. En référence à la Figure 2, le conduit d'évacuation des gaz 14 comporte au moins une patte de positionnement 22, ici au nombre de trois, prolongeant la paroi latérale 18 axialement vers le bas. Les pattes de positionnement 22 coopèrent par complémentarité de formes avec des encoches complémentaires 24 prévues sur la pièce de connexion 12 de manière à positionner correctement le conduit d'évacuation des gaz 14 par rapport à la pièce de connexion 12 avant sa fixation sur la pièce de connexion 12. Le conduit d'évacuation des gaz 14 délimite ainsi avec la pièce de connexion 12 au moins une ouverture 26, ici au nombre de trois avec une ouverture 26 entre chaque patte de positionnement 22, débouchant sur la chambre interne 20. Le conduit d'évacuation des gaz 14 est fabriqué à partir de fonte d'acier. La volute 16 comprend un conduit d'alimentation en gaz 28 destiné à être raccordé à un collecteur d'échappement du moteur du véhicule, et un passage annulaire d'écoulement des gaz 30 raccordé au conduit d'alimentation 28. Ainsi, des gaz d'échappement G issus du collecteur d'échappement circulent dans la volute 16 à travers le conduit d'alimentation 28 et le passage annulaire 30 pour déboucher dans la chambre interne 20 par les ouvertures 26. Le conduit d'alimentation 28 s'étend dans une direction sensiblement tangentielle au passage annulaire 30. Le passage annulaire 30 s'enroule autour du conduit d'évacuation des gaz 14 dans un sens anti-horaire sur la Figure 1. Le passage annulaire 30 s'étend autour du conduit d'évacuation 14 avec un angle a compris entre 290° et 310°, de préférence sensiblement égal à 300°. Le passage annulaire 30 comporte une extrémité amont d'entrée de gaz 32 et une extrémité aval de sortie de gaz 34, les termes « amont » et « aval » s'entendant par rapport au sens d'écoulement des gaz dans la volute 16. L'extrémité amont 32 est disposée dans le prolongement du conduit d'alimentation 28, tandis que l'extrémité aval 34 s'ouvre latéralement dans le conduit d'alimentation 28. A l'extrémité amont 32, les parois externes respectives 36, 38 du conduit d'alimentation 28 et du passage annulaire 30 sont sensiblement tangentes l'une par rapport à l'autre. A l'extrémité aval 34, les parois externes respectives 36, 38 du conduit d'alimentation 28 et du passage annulaire 30 forment un angle aigu [3. L'angle 3 est compris entre 30° et 60°, de préférence sensiblement égal à 45°. A l'extrémité aval 34, les parois externes respectives 36, 38 du conduit d'alimentation 28 et du passage annulaire 30 forment ainsi un nez de jonction 40. Le nez de jonction 40 est sensiblement concave et formé par un rebord longitudinal 42 du conduit d'alimentation 28 et un rebord aval 44 du passage annulaire 30. Le passage annulaire 30 débouche ainsi en une zone de jonction 46 du conduit d'alimentation 28 située en amont de l'extrémité amont 32, plus précisément entre l'extrémité amont 32 et le nez de jonction 40. La zone de jonction 46 est adjacente et prolonge le nez de jonction 40 vers l'intérieur de la volute 16. La zone de jonction 46 possède une forme sensiblement triangulaire. La zone de jonction 46 correspond à l'intersection entre les gaz G1 entrant dans la volute 16 par le conduit d'alimentation 28 et les gaz G2 ayant parcouru au moins un tour dans le passage annulaire 30. La volute 16 comporte deux demi-coquilles 48 assemblées l'une à l'autre. En variante, la volute 16 est formée d'une seule pièce. La volute 16 est fabriquée à partir de tôle d'acier et obtenue par un procédé quelconque approprié, par exemple par emboutissage, hydroformage, estampage, etc. La volute 16 n'est pas une pièce de fonderie. Afin de modifier l'écoulement des gaz dans la volute 16, le carter de turbine 10 comprend un organe de modification 50 disposé à l'intérieur de la volute 16, dans la zone de jonction 46. L'organe de modification 50 présente sensiblement une forme de V. Il est fabriqué à partir de fonte d'acier. L'organe de modification 50 permet ainsi de limiter la rencontre entre les gaz entrant G1 et les gaz ayant parcouru un tour G2 en dirigeant les gaz ayant parcouru un tour G2 vers la chambre interne 20 par l'ouverture 26 située en regard de l'organe 50. Selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les Figures 1 et 2, l'organe de modification 50 est solidaire de la volute 16, non venu de matière avec la volute 16 mais rapporté sur elle. Plus précisément l'organe de modification 50 est rapporté sur l'une des demi-coquilles 48, et fixé par un procédé quelconque approprié, notamment par soudage, vissage ou rivetage. En variante, l'organe de modification 50 est d'abord rapporté et fixé sur un flan de tôle d'acier qui est mis en forme par la suite, par exemple par emboutissage, pour former une demi-coquille 48. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention représenté sur la Figure 3, l'organe de modification 50 est solidaire du conduit d'évacuation des gaz 14, rapporté et fixé sur la paroi latérale 18 par un procédé quelconque approprié, notamment par soudage, vissage ou rivetage. En variante, l'organe de modification 50 est venu de matière avec le conduit d'évacuation des gaz 14. Dans un troisième mode de réalisation de l'invention (non représenté), l'organe de modification 50 est solidaire de la pièce de connexion 12, rapporté et fixé sur cette dernière par un procédé quelconque approprié, notamment par soudage, vissage ou rivetage. En variante, l'organe de modification 50 est venu de matière avec la pièce de connexion 12. Le fonctionnement du carter de turbine 10 est expliqué ci-dessous. Les gaz G issus du collecteur d'échappement du moteur du véhicule sont acheminés jusqu'au carter 10 et entrent dans la volute 16 par le conduit d'alimentation 28. Ces gaz circulent le long du passage annulaire 30 et sont dirigés par l'organe de modification 50 vers l'ouverture 26 située en regard de l'organe 50 pour déboucher sur la roue de turbine logée dans la chambre interne 20. Ces gaz sont finalement évacués par le conduit d'évacuation 14 en direction du système d'échappement du moteur du véhicule. L'invention propose donc un carter de turbine simple et économique à fabriquer qui améliore les performances d'un turbocompresseur. En effet, la présence de l'organe de modification 50 dans la zone de jonction 46 permet de modifier la géométrie du passage annulaire 30 et donc de modifier l'écoulement des gaz arrivant sur la roue de turbine. De plus, la volute 16 étant en tôle d'acier permet de limiter le poids, l'inertie thermique et le coût de l'ensemble. Ainsi, l'invention permet de s'affranchir des limites de faisabilité des technologies actuelles de mise en forme de tôle d'acier par le simple ajout de l'organe de modification 50 pour adapter la géométrie de la volute 16 aux performances du turbocompresseur souhaitées. REVENDICATIONS1.- Carter de turbine (10) pour turbocompresseur, du type comprenant : - une pièce de connexion (12) adaptée pour relier le carter de turbine (10) à un carter central du turbocompresseur ; - un conduit d'évacuation des gaz (14) fixé à la pièce de connexion (12) ; et - une volute (16) fixée à la pièce de connexion (12) et débouchant sur le conduit d'évacuation des gaz (14), caractérisé en ce qu'il comprend un organe de modification (50) adapté pour modifier l'écoulement des gaz dans la volute (16), l'organe de modification (50) étant solidaire de l'un parmi la pièce de connexion (12), le conduit d'évacuation des gaz (14) et la volute (16) et l'organe de modification (50) n'étant pas venu de matière avec la volute (16). 2.- Carter (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la volute (16) est fabriquée à partir de tôle d'acier. 3.- Carter (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la volute (16) comporte un conduit d'alimentation en gaz (28) et un passage annulaire d'écoulement des gaz (30) débouchant latéralement en une zone de jonction (46) du conduit d'alimentation en gaz (28), l'organe de modification (50) étant disposé à l'intérieur de la volute (16), dans la zone de jonction (46). 4.- Carter (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de modification (50) est rapporté sur la volute (16), notamment par soudage, vissage ou rivetage. 5.- Carter (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de modification (50) est rapporté sur la pièce de connexion (12) ou le conduit d'évacuation des gaz (14), notamment par soudage, vissage ou rivetage. 6.- Carter (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de modification (50) est venu de matière avec la pièce de connexion (12) ou le conduit d'évacuation des gaz (14). 7.- Carter (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe de modification (50) est fabriqué à partir de fonte d'acier. 8.- Carter (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la volute (16) comporte deux demi-coquilles (48) assemblées l'une à l'autre. 9.- Turbine pour turbocompresseur, du type comprenant une roue de turbine, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, la roue de turbine étant logée à l'intérieur du carter (10). 10.- Turbocompresseur, du type comprenant un compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine selon la revendication 9, le compresseur étant relié à la turbine.5