Brevet FR3061750A1 — publié le 20180713

La présente invention se rapporte à une butée fixe d'un système de butées fixe et tournante, en particulier pour turbocompresseur et notamment d'un véhicule à moteur. Le circuit de suralimentation en comburant d'un véhicule à moteur à combustion interne comprend bien souvent un turbocompresseur qui permet en compressant de l'air d'envoyer une plus grande quantité de comburant, l'oxygène, dans les cylindres de la chambre de combustion où ce comburant se mélange avec le carburant. Classiquement ce turbocompresseur comprend une roue de turbine entraînée par l'énergie des gaz d'échappement, monté sur le même arbre de rotation qu'une roue de compresseur de l'air d'admission. L'arbre est monté à rotation dans un palier de guidage à l'intérieur d'un carter, entre la roue de turbine et la roue de compresseur. Les variations de pression dans le turbocompresseur engendrent des poussées et contre-poussées sur l'arbre créant une charge axiale qui peut engendrer des mouvements de l'arbre suivant son axe, et le cas échéant de son palier de guidage. Pour empêcher tout mouvement axial de l'arbre, et le cas échéant de son palier de guidage, un système de butées est prévu pour supporter la charge axiale selon l'axe de l'arbre. On connaît un système de butées comprenant une butée tournante qui tourne solidairement avec l'arbre et une butée fixe qui fait face à la butée tournante et à travers laquelle passe l'arbre du turbocompresseur. La butée fixe est classiquement formée d'un flasque, plaque globalement circulaire, percé d'une ouverture centrale à travers laquelle passe l'arbre du turbocompresseur, comprenant une série de patins présents sur la face de la plaque et en couronne suivant la circonférence de cette ouverture. Un agent lubrifiant, qui provient d'une source externe, est par exemple introduit par un orifice formé dans le carter logeant le dispositif et est conduit notamment vers les butées. La surface des patins est structurée pour assurer la création d'un film de lubrifiant entre cette butée fixe et la butée tournante. La surface structurée des patins par des reliefs comme par exemple des épaulements et/ou rainures, définit la surface de portance hydraulique entre les faces en regard de la butée 3061750 2 fixe et de la butée tournante. En fonctionnement, ces reliefs créent des microréservoirs aptes à recevoir l'agent lubrifiant qui se répartit en film sous l'effet de la force engendrée par la rotation de la butée tournante. Lors de la rotation de l'arbre entraînant solidairement la butée tournante, ce film lubrifiant 5 crée une force entre les butées qui a tendance à éloigner la butée tournante de la butée fixe, de l'ordre d'une vingtaine de micromètres, ce qui a pour effet de faciliter un frottement de glissement entre les butées tout en évitant les frottements mécaniques entre la surface des patins et la surface de la butée tournante en regard. 10 Pour un rendement élevé du moteur, l'arbre du turbocompresseur doit pouvoir tourner à vitesses variables et être apte à tourner à très grande vitesse. La performance du turbocompresseur peut être entravée par l'existence de frottements entre les patins de la butée fixe et la butée tournante. On peut ainsi être amenés à rechercher à réduire la surface de 15 portance hydraulique (dite aussi surface portante) entre les butées afin de réduire les frottements de glissement . Toutefois cette réduction de surface portante pourra entraîner une diminution de la capacité d'une butée à assurer la présence d'un film de lubrifiant continu la protégeant d'un contact mécanique avec l'autre butée, ce qui aurait pour conséquence de l'endommager 20 irrémédiablement. Il est donc nécessaire de pouvoir assurer la robustesse du système vis-à-vis du maintien du film de lubrifiant en toute circonstance et notamment en cas d'événements perturbateurs tel que le passage d'impuretés dans le lubrifiant ou la variation de la charge axiale. En effet par exemple la présence d'un grain 25 d'impureté dans le lubrifiant peut rayer la surface des patins de la butée fixe jusqu'à l'usiner, et la butée ne pourra plus remplir sa fonction. De même une brusque augmentation de la charge axiale peut engendrer une forte pression sur les butées jusqu'à les mettre en contact mécanique. L'invention vise à résoudre les inconvénients évoqués ci-dessus et à 30 répondre au besoin d'un système de butées plus performant. A cet effet l'invention propose une butée fixe d'un système de butées fixe et tournante destiné à supporter une charge axiale selon l'axe d'un arbre de 3061750 3 rotation monté dans un palier de guidage, en particulier d'un turbocompresseur, ladite butée fixe se présentant sous forme d'un flasque percé d'une ouverture traversante laissant passer l'arbre, munie de patins présents sur la face dudit flasque, ladite butée fixe comprenant au moins deux 5 séries de patins : une première série de patins présents sur la face dudit flasque et une deuxième série de patins présents sur ladite même face du flasque et en retrait de ladite première série de patins selon la direction longitudinale de l'axe de ladite ouverture. Selon un mode préféré de l'invention, la deuxième série de patins est en 10 retrait de ladite première série de patins d'une distance de quelques micromètres selon la direction longitudinale de l'axe de ladite ouverture. Selon un mode préféré de l'invention, les patins de la première série sont agencés en couronne suivant le pourtour de l'ouverture du flasque. De préférence aussi selon l'invention, la deuxième série de patins est agencée en 15 suivant la plus grande circonférence de la couronne formée par la première série de patins. La surface portante ou de portance hydraulique, est définie par les zones structurées des patins, pour une série de patins donnée. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la deuxième série 20 de patins présente une surface de portance hydraulique définie par la surface des zones structurées de ses patins qui est sensiblement identique à celle de la première série de patins. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la deuxième série de patins présente une surface de portance hydraulique définie par la 25 surface des zones structurées de ses patins qui est strictement supérieure à celle des patins de la première série. Du fait que la deuxième série de patins est disposée en retrait de la première série, cette deuxième série n'assure pas la portance hydraulique dans un fonctionnement usuel. Néanmoins, en cas de défaillance de la 30 première série de patins, par exemple par usure, la deuxième série de patins prend le relais pour assurer la portance hydraulique. Elle assure ainsi la 3061750 4 fiabilité et la robustesse du système avec une surface portante supérieure ou égale à la première selon les modes de réalisation précités. L'invention concerne aussi un système de butées se montant autour d'un arbre de rotation, en particulier d'un turbocompresseur monté dans un palier de 5 guidage, pour supporter une charge axiale selon l'axe de l'arbre, ledit système comprenant une butée tournante se montant solidairement autour dudit arbre, et une butée fixe à patins avec des zones structurées apte à être traversée par ledit arbre, lesdites butées étant disposées face à face selon la direction longitudinale de leur axe, correspond à l'axe de l'arbre, et de manière à ce que 10 les zones structurées desdits patins de la butée fixe soient face à la butée tournante, lesdites butées étant séparées en fonctionnement par un film lubrifiant . Selon l'invention ladite butée fixe comprend au moins deux séries de patins et est telle que définie précédemment. Ladite butée tournante se présente sous forme d'un flasque muni d'une ouverture traversante réceptrice 15 de l'arbre et ayant un diamètre au moins de l'ordre de celui couvert à la fois par la première et la deuxième séries de patins. En particulier selon l'invention, le système de butées est équipé pour recevoir un agent lubrifiant, et la première série de patins assure la portance hydraulique usuelle entre ladite butée fixe et ladite butée tournante. La 20 deuxième série de patins assure la portance hydraulique entre ladite butée fixe et ladite butée tournante, en cas de détérioration de la surface des patins de la première série. L'invention fournit aussi un turbocompresseur dans un dispositif de suralimentation de comburant gazeux, en général de l'air, d'un moteur à 25 combustion interne, comprenant un arbre de rotation monté entre une roue de turbine, entraînée par l'énergie des gaz d'échappement du moteur, et une roue de compresseur du comburant (air) d'admission, ledit arbre étant monté à rotation dans un palier de guidage équipé d'un système de butées fixe et tournante apte à supporter une charge axiale selon l'axe de l'arbre, ledit 30 système de butées comprenant une butée fixe présentant au moins deux séries de patins et est tel que décrit précédemment. 3061750 5 L'invention concerne aussi un véhicule automobile à moteur comprenant un turbocompresseur tel que décrit ci-dessus. Dans la description de l'invention, on considère que la butée fixe comprend au moins une première et une deuxième série de patins, ce qui 5 n'exclut pas une troisième série de patins. On peut en effet prévoir de manière générale une pluralité de séries qui seraient décalées axialement de quelques microns les unes à la suite des autres, toutefois il est préférable de limiter le nombre de séries de patins pour ne pas avoir à fournir une butée tournante de grande dimension, ce qui entraînerait des risques plus importants de 10 frottements. On privilégie donc une butée fixe ne comprenant que deux séries de patins décalées. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins 15 annexés pour lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement, selon une vue de face, un système de butées comprenant une butée fixe à deux séries de patins, selon l'invention ; - la figure 2 illustre schématiquement, selon une vue en coupe radiale II- 20 H, les butées du système de butées schématisé en figure 1, la figure 2A illustrant en coupe un patin d'une série ; - la figure 3 illustre schématiquement, selon une vue partielle en perspective et en écorché, l'agencement de la partie relative à l'arbre de rotation d'un turbocompresseur guidé dans un palier avec un système de 25 butées, monté dans un carter. La figure 1 illustre, par une vue de face schématique, un système de butées qui comprend une butée fixe 1 sous forme d'un flasque ayant la forme d'une plaque globalement circulaire, percé d'une ouverture traversante centrale 10 destinée à laisser passer un arbre de rotation. Le système de 30 butées comprend également une butée tournante 2 se présentant sous forme 3061750 6 d'un flasque, en particulier d'une rondelle, dont la trace circulaire est symbolisée par des pointillés sur la figure 1. Selon l'invention, la face du flasque de la butée fixe présente une première série de patins 100 agencés en couronne suivant le pourtour de 5 l'ouverture centrale 10 et une deuxième série de patins 110 agencés en couronne autour de la première série de patins, suivant le plus grand diamètre de la couronne de la première série de patins. La figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe partielle dans la zone des patins de la figure 1, l'échelle n'étant pas respectée entre les 10 éléments pour la clarté du dessin. La butée fixe à patins 1 est disposée en regard de la butée tournante 2. Les patins de la deuxième série 110 sont disposés en retrait, de quelques micromètres selon la direction longitudinale de l'axe de ladite ouverture, de la première série de patins 100 selon la direction longitudinale X de l'axe de ladite ouverture. Le point le plus haut en surface de 15 la première série de patins dépasse ainsi le point le plus haut en surface de la deuxième série de patins par exemple d'environ 2 à 3 pm. Les patins de la première et de la deuxième série présentent des zones structurées par des épaulements, tel qu'illustré en figure 2A pour un patin de la première série, créant un relief en surface des patins dont des creux 1000 qui 20 constituent des microréservoirs pour l'agent lubrifiant utilisé dans le système de butées. Les butées fixe et tournante sont disposées de manière à ce que les zones structurées des patins soient face à la butée tournante pour assurer en fonctionnement la création d'un film de lubrifiant 3 entre cette butée fixe et la butée tournante, évitant un contact mécanique entre les deux butées. 25 L'agent lubrifiant peut être une huile qui est acheminée depuis un réservoir vers le dispositif qui comprend le système de butées avec l'acheminement de l'huile prévu jusqu'au système de butées. La surface de portance hydraulique, dite aussi surface portante, de chaque série de patins est définie par la surface des zones structurées des 3061750 7 patins respectifs de la série considérée. La détermination de la surface des zones structurées est connue en soi, elle est basée sur la prise en considération de la hauteur du profil des reliefs et de la largeur des reliefs. En général les butées sont des pièces métalliques. La butée fixe à patins 5 est réalisée par emboutissage (par frappe) d'une plaque métallique créant des embossages structurés qui forment la série de patins. Les deux séries de patins sont avantageusement créées simultanément lors de l'emboutissage de la plaque. En figure 3 est illustré un agencement de la partie relative à un arbre de 10 rotation R d'un turbocompresseur monté à rotation dans un palier de guidage P et avec un système de butées, monté dans un carter C. La butée tournante 2 est montée autour de l'arbre R et solidairement audit arbre qui l'entraîne en rotation avec lui. La butée fixe 1 est montée coaxialement avec la butée tournante mais n'est pas solidaire de l'arbre de rotation afin d'être maintenue 15 fixe. Le turbocompresseur est avantageusement celui du système de suralimentation en air d'un moteur à combustion interne dont le fonctionnement a été brièvement rappelé en introduction de la description. Selon l'invention, la butée tournante du système de butée se présente sous forme d'un flasque, qui peut être réduit à une simple rondelle, muni d'une 20 ouverture traversante réceptrice de l'arbre. Le diamètre global de son flasque doit être au moins de l'ordre de celui couvert à la fois par la première et la deuxième séries de patins. Du fait que la surface de la deuxième série de patins soit en retrait de la surface de la première série de patins, c'est donc cette première série de 25 patins qui assure normalement la portance hydraulique avec la butée tournante. En cas d'usure de la première série de patins, par exemple à cause d'un passage d'impuretés provoquant une rupture du film d'huile et/ou d'une usure des patins de la première série, la portance se décalera alors sur la deuxième série de patins. 3061750 8 De préférence selon l'invention, la première série de patins est de type « classique », elle assure en conditions normales d'utilisation la portance hydraulique entre butée fixe et butée tournante. La première série de patins est de préférence dimensionnée au plus juste, pour avoir une surface portante 5 minimale et avoir le moins possible de frottements de glissement. La deuxième série de patins peut présenter une surface de portance sensiblement identique à la première si on souhaite privilégier le maintien des performances en frottements, dans la mesure où la première série de patins est dimensionnée dans ce but. io Cette deuxième série de patins peut présenter une surface de portance strictement supérieure à la première si on souhaite privilégier la fiabilité du système en cas de fonctionnement anormal (passage d'impuretés dans le lubrifiant par exemple) L'invention a atteint ses objectifs en proposant un système de butées dont 15 la butée fixe à patins permet d'assurer la robustesse du système vis-à-vis du maintien du film de lubrifiant entre les butées en toute circonstance. La butée fixe est simple de réalisation, la butée tournante est facile à adaptée au système. L'invention s'applique plus spécifiquement au domaine des véhicules à moteur à combustion interne, en particulier dont le carburant est du diesel ou 20 de l'essence. REVENDICATIONS1. Butée fixe d'un système de butées fixe et tournante destiné à supporter une charge axiale selon l'axe d'un arbre de rotation monté dans un palier de s guidage, en particulier d'un turbocompresseur, ladite butée fixe se présentant sous forme d'un flasque percé d'une ouverture traversante laissant passer l'arbre de rotation, présentant sur sa face des patins avec des zones structurées, caractérisée en ce que ladite butée fixe comprend au moins deux séries de patins, une première série de patins (100) avec des zones structurées 10 présents en une première couronne sur la face dudit flasque, et une deuxième série de patins (110) avec des zones structurées présents en une deuxième couronne coaxiale avec la première couronne sur ladite face du flasque, en retrait de ladite première série de patins selon la direction longitudinale de l'axe de ladite ouverture (10). 15 2. Butée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite deuxième série de patins est en retrait de ladite première série de patins d'une distance de quelques micromètres selon la direction longitudinale de l'axe de ladite ouverture. 3. Butée selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que les 20 patins de la première série sont agencés en couronne suivant le pourtour de l'ouverture (10) du flasque et les patins de la deuxième série de patins sont agencés en couronne suivant le pourtour de la plus grande circonférence de la couronne formée par ladite première série de patins. 4. Butée selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la 25 deuxième série de patins présente une surface de portance hydraulique définie par les zones structurées de ses patins qui est sensiblement identique ou strictement supérieure à celle de la première série de patins. 5. Système de butées se montant autour d'un arbre de rotation d'un turbocompresseur monté dans un palier de guidage pour supporter une charge 30 axiale selon l'axe de l'arbre, ledit système comprenant une butée tournante se 3061750 10 montant solidairement autour dudit arbre, et une butée fixe à patins avec des zones structurées, apte à être traversée par ledit arbre, lesdites butées étant disposées face à face selon la direction longitudinale de leur axe, correspond à l'axe de l'arbre, et de manière à ce que les zones structurées desdits patins de la butée fixe soient face à la butée tournante, lesdites butées étant séparées en fonctionnement par un film lubrifiant, caractérisé en ce que ladite butée fixe (1) comprend au moins deux séries de patins et est telle que définie en revendication 1, et que ladite butée tournante (2) se présente sous forme d'un flasque muni d'une ouverture traversante réceptrice de l'arbre et ayant un diamètre de l'ordre de celui couvert à la fois par la première et la deuxième séries de patins. 6. Système de butées selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la butée fixe est définie suivant l'une des revendications 2 à 4. 7. Système de butées selon la revendication 5 ou 6, équipé pour recevoir un agent lubrifiant, caractérisé en ce que la première série de patins assure la portance hydraulique usuelle entre ladite butée fixe et ladite butée tournante. 8. Système de butées selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième série de patins assure la portance hydraulique entre ladite butée fixe et ladite butée tournante, en cas de détérioration de la surface des patins de la première série. 9. Turbocompresseur dans un dispositif de suralimentation en comburant gazeux, en particulier en air, d'un moteur à combustion interne, comprenant un arbre de rotation monté entre une roue de turbine, entraînée par l'énergie des gaz d'échappement du moteur, et une roue de compresseur du comburant d'admission, ledit arbre étant monté à rotation dans un palier de guidage équipé d'un système de butées apte à supporter une charge axiale selon l'axe de l'arbre, caractérisé en ce que le système de butées est défini à l'une des revendications 5 à 8. 3061750 11 10. Véhicule automobile à moteur à combustion interne comprenant un turbocompresseur défini à la revendication 9 .