Brevet FR3064681A1 — publié le 20181005

TURBOCOMPRESSEUR AVEC SYSTEME ANTI-SIFFLEMENT Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile comportant un système de suralimentation. La présente invention concerne plus particulièrement un turbocompresseur du système de suralimentation comportant une conformation pour réduire des bruits de fonctionnement et notamment des sifflements à l'aspiration des gaz brulés issus de l'échappement du moteur dans une turbine du turbocompresseur. La présente invention peut être étendue à un problème de sifflement pour un dispositif d'aspiration de gaz ou d'air. Etat de la technique De manière connue, un moteur thermique pour véhicule automobile, à la fois de type diesel et à allumage commandé de type essence, peut comporter un turbocompresseur destiné à augmenter la puissance finale obtenue. Le turbocompresseur étant un élément important de l'efficacité du moteur thermique. Le principe est d'augmenter la pression des gaz admis, permettant un meilleur remplissage des cylindres en mélange air/carburant, permettant ainsi soit d'augmenter la puissance volumique du moteur afin d'augmenter la puissance soit de réduire la consommation avec un moteur de plus faible cylindrée. L'air est capté depuis une face avant dudit véhicule pour être amené via un circuit d'air vers un élément du moteur. L'air est ainsi amené vers un filtre à air puis distribué par un conduit d'air vers le turbocompresseur pour être comprimé par le compresseur du turbocompresseur avant l'admission dans le moteur. Le compresseur est entraîné par une turbine animée par la vitesse des gaz sortant du bloc-moteur après combustion, qui cèdent une partie de leur énergie cinétique pour faire tourner la turbine, sans consommer de puissance sur l'arbre du moteur. 3064681 2 La turbine est connectée à un collecteur d'échappement du moteur et adaptée à recevoir des gaz brulés. Lesdits gaz brulés en passant par la turbine vont entrainer en rotation une roue avec des aubes de la turbine, ladite roue est coaxiale avec une roue du compresseur du turbocompresseur. Lesdits gaz passent par les aubes de la roue turbine 5 dans le turbo compresseur devant l'extrémité de la volute qui débouche dans le plan de la roue de turbine. Ledit plan de roue est perpendiculaire à l'axe de la roue de turbine. La volute a une forme dont la section se réduit jusqu'au plan de la roue de turbine. Cette section sert à accélérer le flux des gaz d'échappement qui font tourner ensuite la roue de turbine. Le passage des gaz dans cette section génère un sifflement synchrone avec le 10 fonctionnement du turbocompresseur qui présente une gêne notable contre le confort du conducteur ou des passagers du véhicule. Cette géométrie est cependant nécessaire pour optimiser le rendement de la turbine mais le passage de chacune des aubes devant l'extrémité de la volute crée une vibration harmonique des parois autour du circuit des gaz circulant dans le turbo 15 compresseur. La fréquence de ladite vibration évolue donc selon le régime de rotation de la roue de turbine. Ainsi à un régime donné, la fréquence principale de cette vibration est fonction nombre d'aubes et de la vitesse de passage de chaque aube devant l'extrémité de la volute. De manière plus précise, la fréquence principale est sensiblement égale au produit du nombre d'aubes par sa fréquence de passage devant l'extrémité de la volute. 20 Le sifflement est ressenti par le conducteur et/ou les passagers lorsque la fréquence principale de cette vibration est suffisamment basse, c'est-à-dire lorsque le turbo compresseur ne tourne pas à une vitesse de rotation élevée, du fait qu'une vibration à fréquence plus basse est moins atténuée par les parois d'un véhicule qu'une vibration à haute fréquence et aussi du fait que la courbe de sensibilité de l'oreille humaine est 25 plus élevée aux moyennes fréquences qu'aux très hautes fréquences. La publication FR2507701-A1 propose d'agencer deux déflecteurs de façon diamétralement opposée par rapport à l'axe de rotation de l'entrée de la prise d'air d'un compresseur centrifuge. Les ajouts de chaque déflecteur monté sur l'axe de rotation du corps d'une aube directrice d'entrée créent une petite zone de turbulence aléatoire 3064681 3 susceptible d'atténuer le sifflement indésirable de l'écoulement tourbillonnant des gaz ou de l'air. L'ajout desdits déflecteurs peut nuire au rendement du turbocompresseur. De plus, l'effet recherché est une atténuation du sifflement, dont le niveau peut être encore 5 d'une gêne appréciable. La publication EP2182220 décrit un flux de gaz arrivant sur la turbine avec une séparation en deux flux. Ladite invention pose un problème car elle est susceptible de créer une vibration simultanée, à cause du passage simultané des deux aubes aux deux extrémités de la volute qui sont l'extrémité existante auparavant et l'extrémité créée par 10 la division en deux de la volute. Le but de l'invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l'invention est un agencement de la chambre de circulation des gaz autour de la roue de la turbine centripète ou autour de la roue d'un compresseur centrifuge de moteur thermique de véhicule automobile. 15 Présentation de l'invention La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif rotatif de circulation de gaz comportant une chambre de circulation des gaz de forme torique en colimaçon avec une réduction continue de la section de passage des gaz depuis une section de passage tangente jusqu'à une section d'extrémité fermée, ladite chambre 20 entourant un bras de transformation desdits gaz apte à tourner autour de son axe et portant des aubes radiales effleurant une paroi périphérique de la section d'extrémité, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte des conformations aptes à modifier la fréquence des sifflements lors du passage des gaz dans ladite chambre. De manière avantageuse, le dispositif rotatif de circulation des gaz comporte des 25 conformations aptes à modifier la fréquence des sifflements engendrés par le passage desdits gaz au travers de la chambre. Lesdits sifflements ne sont pas modifiés en amplitude mais en fréquence qui est choisie pour réduire les effets perçus par les personnes que sont le conducteur et les passagers du véhicule. 3064681 4 Selon d'autres caractéristiques de l'invention : -ledit dispositif augmente la fréquence de sifflements au passage des gaz dans la chambre. De manière avantageuse, la fréquence des sifflements est augmentée pour se 5 situer dans une plage de moindre perception par les personnes. -la chambre torique comporte des obstacles s'étendant axialement et agencés en bordure et à l'extérieur d'une zone circulaire délimitée par les extrémités libres des aubes. De manière avantageuse, des obstacles à l'écoulement des gaz sont aménagés 10 en bordure et à l'extérieur d'une zone de parcours des aubes délimitée par les extrémités libres desdites aubes. Lesdits obstacles s'étendent depuis une paroi radiale formant la chambre torique en bordure et à l'extérieur d'une zone de couverture des aubes lors de leur rotation autour de l'axe du bras de transformation. -les obstacles sont agencés répartis de façon uniforme autour du bras. 15 De manière préférentielle, la répartition homogène autour de l'axe du bras permet de ne pas créer des sources supplémentaires de bruit. -le nombre d'aubes n'est pas un multiple du nombre d'obstacles. De manière avantageuse, le nombre d'aubes n'est pas un multiple du nombre d'obstacles. L'invention propose un agencement de plusieurs obstacles dans la volute du 20 dispositif avec un nombre d'obstacles inférieur au nombre d'aubes et avec le nombre d'aubes non multiple du nombre d'obstacles pour permettre la prise en compte d'un seul couple aube-obstacle à la fois c'est-à-dire qu'une seule aube vient à proximité d'un obstacle à la fois à un instant donné, et ne pas créer d'autres sources de bruit de sifflement. Il est entendu que la section de passage des gaz dans la volute évolue en 25 diminution ou en augmentation de façon progressive et linéaire depuis une partie amont vers une partie aval selon l'écoulement des gaz. -les obstacles sont des piliers s'étendant parallèlement à l'axe du bras et joignant une première paroi radiale à la seconde paroi radiale en vis-à-vis délimitant axialement la chambre torique. 3064681 5 De manière avantageuse, l'invention propose un agencement de plusieurs piliers répartis selon un cercle de façon uniforme autour de l'axe du bras, lesdits piliers s'étendant parallèlement à l'axe du bras depuis une première paroi radiale pour rejoindre la seconde paroi radiale en vis-à-vis, les parois délimitant la chambre de circulation. 5 Lesdits piliers sont obtenus de façon simple par moulage du carter du dispositif ou rapportés sur les parois radiales de la chambre de circulation. -les obstacles sont formés par des bossages s'étendant axialement depuis une paroi radiale de la chambre torique. De manière avantageuse, les obstacles à la circulation des gaz dans la chambre 10 de circulation peuvent être composés par des bossages s'étendant parallèlement à l'axe du bras depuis une paroi radiale délimitant la chambre torique; lesdits bossages peuvent être obtenus facilement et à coût réduit. -les bossages s'étendent de façon alternative depuis l'une et l'autre des parois radiales de la chambre torique. 15 De manière avantageuse, les bossages peuvent également s'étendre parallèlement à l'axe du bras de façon alternative depuis la première et la seconde paroi radiale délimitant axialement la chambre torique. Brève description des fiqures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 20 la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 est une vue schématique de coupe verticale du dispositif de circulation de gaz selon l'état de l'art. -la figure 2 est une vue schématique de coupe verticale du dispositif de circulation 25 de gaz. -la figure 3 est une vue schématique de coupe transversale du dispositif de circulation des gaz selon l'invention. 3064681 6 -la figure 4 est une vue schématique de coupe transversale du dispositif de circulation des gaz selon l'invention. -la figure 5 est une vue schématique de coupe transversale du dispositif de circulation des gaz selon l'invention. 5 Description détaillée des fiqures Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Les moteurs à combustion interne de véhicules automobiles peuvent comporter des systèmes de suralimentation pour améliorer les performances du moteur. Lesdits 10 systèmes de suralimentation comprennent des compresseurs par exemple électriques ou des compresseurs associés à une turbine plus connus sous le nom de turbocompresseurs. Le principe est d'augmenter la pression des gaz à l'admission du moteur pour obtenir un meilleur remplissage des cylindres du moteur en air avec une injection de carburant, pour obtenir une augmentation de la puissance volumique du 15 moteur afin d'augmenter la puissance ou pour réduire la consommation du moteur notamment pour un moteur de faible cylindrée. Le turbocompresseur 17 représenté dans la figure 1 de manière connue comprend une turbine 10 connectée avec un circuit de gaz chauds d'échappement, ladite turbine est rotative et comporte une roue mobile 11 en rotation autour de son axe de 20 rotation X et portant des aubes 14, ladite roue 11 est tenue par un bras rotatif 12. Les gaz chauds issus d'un collecteur d'échappement (non représenté) sont introduits dans une chambre 15 entourant la roue avec les aubes. Le flux de gaz chauds pousse sur les aubes 14 et permet alors la rotation de la roue 11 et du bras rotatif 12. Le turbocompresseur 17 comprend également un compresseur 50 qui permet 25 une compression des gaz d'air qui peuvent être composés d'air frais provenant de l'extérieur du véhicule et de gaz recirculés provenant du circuit d'échappement des gaz brulés (non représenté). Ledit compresseur 50 du turbocompresseur comporte également un bras d'entrainement mobile 51 en rotation qui est dans le prolongement du bras rotatif 12 de la turbine 10. Ainsi la rotation de la roue 11 de la turbine entrainée par 3064681 7 le passage des gaz chauds brulés entraine la rotation du bras rotatif 12 de la turbine 10 ainsi que du bras d'entrainement 51 mobile du compresseur 50 pour permettre la compression des gaz d'admission. Dans la suite, la description est focalisée sur une turbine centripète10 d'un 5 turbocompresseur 17 dans un souci de faciliter la compréhension de l'invention. Toutefois, l'invention peut concerner également un compresseur dans lequel le sens de circulation des gaz est différent voire opposé. L'invention propose un dispositif rotatif 100 de circulation de gaz qui peut être une turbine 10 ou un compresseur 50. La turbine est dite centripète et le compresseur 10 agissant en sens contraire est dit centrifuge : les gaz circulent dans le cas d'une turbine depuis la périphérie de la turbine vers le centre de la turbine permettant au passage la rotation du bras rotatif 12 autour de son axe X. De manière connue, les gaz sont introduits dans la chambre de circulation 15 de la turbine de façon tangentielle à ladite chambre. Ladite chambre de circulation entoure la roue mobile 11 en rotation. Les gaz sont en fin 15 de passage dans la chambre éjectés selon l'axe X du bras rotatif vers un conduit d'échappement (non représentés). Ladite chambre de circulation 15 présente une forme torique en colimaçon avec une section de passage 30 radiale des gaz qui est réduite de façon continue et linéaire depuis une section d'entrée 31 des gaz sur un tour jusqu'à une section d'extrémité 32 nulle voire qui peut être obturée. 20 De manière connue, la roue mobile 11 porte des aubes ou ailettes 14 qui peuvent présenter une forme sensiblement triangulaire avec un côté parallèle à l'axe de rotation X et un autre côté orthogonal audit axe de rotation. Les gaz brulés sont dirigés dans la chambre de circulation 15 autour du côté de l'aube 14 orthogonal à l'axe de rotation X pour être éjectés en fin de passage selon l'axe de rotation X. 25 Selon les figures 2 à 5 représentant différents mode de réalisation de l'invention, la chambre torique 15 est délimitée par deux parois 18, 19 radiales jointes par une paroi périphérique 20. Selon l'invention, des obstacles 21 à l'écoulement des gaz sont formés dans la chambre torique 15. Selon les modes de réalisation décrits, les obstacles 21 sont formés 3064681 8 par des protubérances s'étendant depuis l'une des parois radiales 18,19 de la chambre torique 15. Les figures 3 à 5 sont des représentations schématiques d'une coupe selon un plan comprenant l'axe de rotation X de différents modes de réalisation de l'invention. Les 5 aubes ou ailettes sont représentées simplement dans ces figures pour différencier le nombre d'aubes 14 ou d'ailettes par rapport au nombre d'obstacles 21. Selon un mode de réalisation préféré en figure 3, les obstacles 21 qui sont ici des piliers 22 sensiblement cylindriques s'étendent parallèlement à l'axe de rotation X depuis une paroi radiale 18,19 jusqu'à la seconde paroi radiale en vis-à-vis 19,18 délimitant 10 axialement la chambre de circulation 15. Ces obstacles sont agencés selon un cercle en bordure et à l'extérieur d'une zone circulaire de couverture 33 des aubes 14. De manière préférentielle, le rayon du cercle selon lequel les piliers sont agencés est légèrement supérieur au rayon de la zone circulaire 33 de couverture des aubes, par exemple d'une distance égale à la somme du rayon du pilier 22 avec un jeu de montage inférieur ou de 15 l'ordre du millimètre. Les obstacles ou protubérances 21 sont uniformément réparti(e)s selon le cercle autour de la roue 11 et de l'arbre rotatif 12. De manière préférentielle, le nombre des obstacles 21 est inférieur au nombre d'aubes 14 portées par la roue mobile 11 pour obtenir un unique passage d'une aube en vis-à-vis d'un obstacle à la fois c'est-à-dire 20 qu'une seule aube vient à proximité d'un obstacle à la fois à un instant donné. On augmente ainsi le nombre de passages d'une aube en vis-à-vis d'un obstacle chacun des passages étant susceptible de générer une vibration. Selon l'invention il convient d'éviter d'avoir plusieurs aubes passant chacune devant un obstacle au même moment ; chacun des passages générant simultanément 25 une vibration identique ce qui peut entrainer une augmentation du volume sonore à la même fréquence. Pour ce faire, de manière préférentielle, le nombre d'aubes n'est pas un multiple du nombre d'obstacles. Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté en figure 4, les obstacles sont constitués pas des bossages cylindriques 23 par exemple s'étendant 3064681 9 parallèlement à l'axe de rotation depuis une même paroi radiale 18,19. Les bossages ne font pas la jonction entre les deux parois radiales. Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté en figure 5, lesdits bossages 23 peuvent s'étendre parallèlement à l'axe de rotation de façon alternative 5 depuis la première paroi radiale 18,19 et depuis la seconde paroi radiale 19,18 vers la paroi en vis-à-vis. Selon l'invention, les gaz sont introduits dans la chambre de circulation 15 torique et sont dirigés par la forme torique en colimaçon de ladite chambre. Dans le cas d'une turbine, les gaz sont amenés de façon tangentielle à la chambre torique dans ladite 10 chambre de circulation 15, puis dirigés en tournant sur un tour vers le centre de ladite chambre au travers de sections de passage radiales dont la surface est réduite en continu dans le sens de l'écoulement des gaz, ceci pour accélérer les gaz. Les gaz passent par les aubes pour être éjectés selon l'axe X de la roue 11. Les gaz poussent sur ces aubes et permettent ainsi la rotation de la roue 11 et du bras rotatif 12 de la turbine, ledit bras 15 rotatif est prolongé par le bras d'entrainement du compresseur. Les ailettes ou aubes passent donc devant les obstacles 21 s'étendant parallèlement à l'axe de rotation depuis une paroi radiale 18, 19 délimitant axialement la chambre de circulation 15. Chaque passage des ailettes 14 devant un obstacle 21 de la volute crée une vibration harmonique des parois de la chambre de circulation. A un régime donné, la fréquence principale de 20 cette vibration est donnée par le nombre d'ailettes multiplié par la vitesse de passage de chaque ailette devant un obstacle. Cette vibration est dite « super-synchrone » et est analogue à un sifflement. Lorsque le turbocompresseur tourne à haut régime, à vitesse élevée, cette vibration de par sa fréquence n'est pas gênante pour les occupants du véhicule. Mais lorsque le turbocompresseur 17 ne tourne pas à une vitesse de rotation 25 élevée, la fréquence principale de cette vibration est suffisamment basse et va créer une gêne importante pour les occupants du véhicule, du fait qu'une vibration à plus basse fréquence est moins atténuée par les parois d'un véhicule qu'une vibration à haute fréquence et du fait que la courbe de sensibilité de l'oreille humaine est plus élevée aux moyennes fréquences qu'aux très hautes fréquences. 3064681 10 Le dispositif selon l'invention propose d'augmenter la fréquence de ces vibrations et donc du bruit en augmentant, à chaque instant, le nombre de passages des ailettes devant un obstacle en disposant un plus grand nombre d'obstacles 21. Selon l'invention, le nombre d'aubes ou d'ailettes 14 est différent du nombre d'obstacles 21 pour n'avoir 5 qu'un seul passage d'une ailette 14 devant un obstacle 21 à la fois et ne pas augmenter le volume du bruit. Pour ce faire, l'invention propose que le nombre d'ailettes 14 ne soit pas un multiple du nombre d'obstacles 21 en étant supérieur au nombre d'obstacles. Ainsi avec une turbine 10 comprenant une roue avec sept ailettes 14 et une chambre de circulation torique 15 dans laquelle sont agencés trois obstacles 21, pour un 10 fonctionnement du turbocompresseur 17 donné à bas régime dans une plage entre 800Hz et 3500 Hz, un bruit super-synchrone est produit sans l'invention dans une plage de fréquences entre 5600 et 24000 Hz, cette plage de bruit super-synchrone est portée entre 16800 et 72000 Hz grâce à l'invention. Sachant que l'oreille humaine peut entendre des sons jusqu'à 20 000 Hz, le bruit super-synchrone généré par le dispositif 100 selon 15 l'invention est donc presque inaudible. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Les obstacles à l'écoulement des gaz peuvent comprendre par exemple des creux formés dans l'une ou l'autre paroi radiale délimitant axialement la chambre torique 20 REVENDICATIONS1. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz comportant un chambre de circulation (15) des gaz de forme torique en colimaçon avec une réduction continue de la section de passage (30) des gaz depuis une section tangente (31) jusqu'à une section d'extrémité (32), ladite chambre entourant un bras rotatif (12) apte à tourner autour de son axe X et portant des aubes radiales 14 effleurant une paroi périphérique (20) de la section d'extrémité (32), caractérisé en ce que ledit dispositif comporte des conformations (22,23) pour modifier la fréquence des sifflements lors du passage des gaz dans ladite chambre. 2. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif augmente la fréquence de sifflements au passage des gaz dans la chambre (15). 3. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre de circulation (15) comporte des obstacles (21, 22, 23) s'étendant parallèlement à l'axe X et agencés en bordure et en dehors d'une zone circulaire (33) délimitée par les extrémités libres des aubes (14). 4. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les obstacles (21, 22, 23) sont agencés de façon uniforme autour du bras rotatif (12). 5. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le nombre d'aubes (14) n'est pas un multiple du nombre d'obstacles (21, 22, 23). 6. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les obstacles sont des piliers (22) s'étendant parallèlement à l'axe X et joignant une première paroi radiale (18,19) à la seconde paroi radiale (19,18) en vis-à-vis délimitant axialement la chambre torique (15). 7. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les obstacles sont formés par des 3064681 12 bossages (23) s'étendant axialement depuis une paroi radiale (18,19) de la chambre torique (15). 8. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que les bossages (23) s'étendent de façon alternative depuis 5 l'une et l'autre des parois radiales (18,19) de la chambre torique (15). 9. Dispositif rotatif (100) de circulation de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit dispositif est dans une liste comprenant une turbine centripète (10) ou compresseur centrifuge (50). 10. Moteur thermique suralimenté de véhicule automobile comprenant un 10 turbocompresseur (17) avec un dispositif rotatif oui est.une turbine centripète (10) ou un compresseur centrifuae (50), selon la revendication 9.