Brevet FR3125559A1 — publié le 20230127

L’invention concerne un ensemble de motorisation (1) comprenant un moteur thermique (2), un turbocompresseur (4) composé d’une turbine (4a) et d’un compresseur (4b) reliés entre eux par un arbre (4c) porté par un palier hydrodynamique (4d), un circuit de refroidissement du moteur thermique (2) destiné contenir un liquide caloporteur, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une branche (B2) reliée au palier hydrodynamique (4d) du turbocompresseur (4) pour la lubrification du palier hydrodynamique (4d) par le liquide de refroidissement. Figure 1 ENSEMBLE DE MOTORISATION AVEC UN TURBOCOMPRESSEUR LUBRIFIE PAR LE LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un ensemble de motorisation avec un turbocompresseur lubrifié par le liquide de refroidissement du moteur thermique. Dans le domaine automobile les véhicules sont souvent équipés d’un moteur thermique comportant un turbocompresseur de suralimentation. Le turbocompresseur est un dispositif délicat et la lubrification des paliers de l’arbre supportant la turbine et le compresseur du turbocompresseur est un problème crucial. La lubrification sert au fonctionnement normal des paliers en formant un film d’huile entre les parties en mouvement. Elle s’effectue généralement en raccordant le turbocompresseur au circuit d’huile du moteur à combustion interne. On connait par exemple du document WO2020114803A1 un turbocompresseur à palier hydrodynamique qui peut fonctionner avec des huiles peu visqueuses. Sur les véhicules équipés d’un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur thermique suralimenté par un turbocompresseur et un moteur électrique de traction, le fonctionnement avec le seul moteur électrique de traction peut dépendre de la température d’huile de lubrification du moteur thermique. En effet, une température d’huile minimum peut être requise avant d’autoriser le fonctionnement du groupe motopropulseur avec le seul moteur électrique de traction, ceci afin d’éviter une lubrification insuffisante du turbocompresseur dû à la forte augmentation de la viscosité dynamique de l’huile moteur lorsque la température devient proche ou inférieure à 0°C en cas de démarrage du moteur thermique lors d’un appel de forte charge. Or, un premier démarrage groupe motopropulseur hybride par le moteur thermique à des températures ambiantes faibles peut être perçu comme peu satisfaisant par des acquéreurs d’un véhicule hybride. Un autre inconvénient réside dans le risque du fonctionnement fréquent par temps hivernal dans l’intervalle de température d’huile compris entre 0 et +50°C. Les démarrages fréquents à basse température d’huile provoquent une dilution importante de l’huile moteur par le carburant atteignant les parois des cylindres et raclé avec l’huile moteur par la segmentation des pistons pour finir dans le bac à huile. Il faut atteindre des températures supérieures à 50°C pour accélérer l’évaporation du carburant. L’invention vise à résoudre ces inconvénients, en proposant selon l’invention un ensemble de motorisation comprenant : -un moteur thermique (2), -un turbocompresseur (4) composé d’une turbine (4a) et d’un compresseur (4b) reliés entre eux par un arbre (4c) porté par un palier hydrodynamique (4d), -un circuit de refroidissement du moteur thermique (2) destiné contenir un liquide caloporteur, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une branche (B2) reliée au palier hydrodynamique (4d) du turbocompresseur (4) pour la lubrification du palier hydrodynamique (4d) par le liquide de refroidissement. L’effet technique est de pouvoir assurer la lubrification du palier hydrodynamique à basse température pour des températures autour de 0°C, avec un fluide dont la viscosité dynamique est plus faible que de l’huile de lubrification pour ces températures. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévus, seules ou en combinaison par rapport à l’adaptation de l’architecture moteur : Selon une réalisation, la branche de lubrification du palier hydrodynamique par le liquide de refroidissement comprend un filtre de liquide de refroidissement disposé en amont du turbocompresseur. Selon une réalisation, la branche de lubrification du palier hydrodynamique par le liquide de refroidissement comprend une vanne disposée en amont du turbocompresseur. Selon une réalisation, le circuit de refroidissement du moteur thermique comprend une branche de refroidissement du turbocompresseur comprenant une pompe de circulation du liquide de refroidissement, la branche de lubrification du palier hydrodynamique étant une dérivation de la branche de refroidissement du turbocompresseur s’étendant entre un premier piquage sur la branche de refroidissement du turbocompresseur, entre la pompe et le turbocompresseur, et un second piquage sur la branche de refroidissement du turbocompresseur, en aval du turbocompresseur. Selon une réalisation, la branche de refroidissement du turbocompresseur comprend un échangeur de chaleur entre le liquide de refroidissement et une huile de lubrification du moteur thermique disposé en amont de la pompe de circulation du liquide de refroidissement. Selon une réalisation, la branche de refroidissement du turbocompresseur est reliée à une sortie d’un circuit interne de liquide de refroidissement du carter-cylindre du moteur thermique, cette sortie étant reliée à une entrée de liquide de refroidissement de l’échangeur de chaleur. Selon une autre réalisation, la branche de refroidissement du turbocompresseur est reliée à une sortie d’un circuit interne de liquide de refroidissement du carter-cylindre du moteur thermique, cette sortie étant directement reliée à la pompe de circulation du liquide de refroidissement. Selon une réalisation, la sortie du circuit interne de liquide de refroidissement du moteur thermique est à proximité d’une entrée de liquide refroidissement dans le carter-cylindre. Selon une réalisation, l’entrée de liquide refroidissement dans le carter-cylindre est reliée directement à une sortie d’une autre pompe de liquide de refroidissement. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un ensemble de motorisation selon l’une des variantes précédemment décrites. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : : cette figure représente un premier exemple d’ensemble de motorisation selon l’invention. : cette figure représente un autre exemple d’ensemble de motorisation selon l’invention. La présente un premier exemple d’ensemble de motorisation 1 selon l’invention. Cet ensemble comprend un moteur thermique 2 dont le carter cylindre est schématisé. Ce moteur peut être à allumage commandé ou à allumage par compression. Un tel ensemble de motorisation 1 peut équiper un véhicule automobile pour sa traction. Le moteur 2 peut comprendre plusieurs cylindres 2a, ici quatre à titre d’exemple non limitatif. Les cylindres 2a sont alimentés en air au moyen d’une ligne d’admission d’air. L’ensemble de motorisation 1 comprend une ligne d’échappement 3 et un turbocompresseur 4, composé d’une turbine 4a et d’un compresseur 4b. La turbine 4a est disposée dans la ligne d’échappement 3 et le compresseur 4b est disposé dans la ligne d’admission. La turbine 4a et le compresseur 4b sont reliés entre eux par un arbre 4c. L’arbre 4c est porté par un palier hydrodynamique 4d. Le principe du palier hydrodynamique est d’avoir un lubrifiant intercalé entre l’arbre et le palier lorsque l’arbre est en rotation par rapport au palier, ce qui permet de ne pas avoir de contact entre ces deux surfaces. Le moteur thermique 2 est pourvu d’un circuit de refroidissement à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et d’un produit antigel tel que par exemple du mono-éthylène glycol. Ces mélanges ont une viscosité dynamique comprise entre 1.10 -3 et 30.10 -3 Pa.s pour une température proche de 0°C selon la teneur en antigel. A titre de comparaison, une huile de lubrification moteur dite 0W20 aura une viscosité dynamique d’au moins 250. 10 -3 Pa.s pour une température proche de 0°C. Le circuit de refroidissement comprend un circuit interne 2b de circulation du liquide de refroidissement à l’intérieur du moteur thermique 2. Le circuit de refroidissement est destiné à prélever les calories générées par le moteur thermique et à évacuer ces dernières pour maintenir le moteur thermique à une température de fonctionnement acceptable. Les entrées et sorties des différents organes disposés dans le circuit de refroidissement sont définies relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement. Le moteur thermique 2 est relié en sortie du circuit interne 2b à une entrée E1 d’un boitier 5 de sortie du liquide de refroidissement. Le boitier 5 est destiné à répartir le liquide de refroidissement à l’intérieur de diverses branches du circuit de refroidissement. Le boitier 5 comprend une sortie S1 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à une entrée E7 d’un radiateur 7. Le radiateur7 est traversé par un flux d’air externe pour refroidir le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 7. Le radiateur 7 comprend une sortie S7 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, à une seconde entrée E2 du boitier 5. Le boitier 5 comprend une seconde sortie S2 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, a une entrée E6 d’une pompe 6 de liquide de refroidissement. Cette pompe 6 de liquide de refroidissement peut être animée mécaniquement en étant reliée par exemple à une courroie accessoire du moteur thermique 2. La pompe 6 de liquide de refroidissement comprend une sortie S6 reliée à une entrée du circuit interne 2b du moteur thermique 2. Le liquide de liquide de refroidissement en provenance de la seconde entrée E2 ressort par la seconde sortie S2. Le moteur thermique 2 est pourvu d’un circuit de lubrification à l’intérieur duquel circule une huile de lubrification. Le circuit de lubrification comprend un circuit interne de lubrification, non représenté, de l’huile à l’intérieur du moteur thermique 2. Le moteur thermique 2 est relié en sortie du circuit interne de circulation de l’huile à une entrée E8 d’une pompe à huile 8. La pompe à huile 8 peut être animée mécaniquement en étant reliée par exemple à une courroie accessoire du moteur thermique 2. La pompe à huile 8 comprend une sortie S8 reliée fluidiquement à une entrée E9h d’huile d’un échangeur thermique 9. Cet échangeur thermique est un échangeur de chaleur entre l’huile de lubrification et le liquide de refroidissement. L’échangeur thermique 9 comprend une sortie d’huile S9h reliée à une entrée E10 d’un filtre à huile 10. Le filtre à huile 10 comprend une sortie S10 reliée à une entrée d’huile du circuit interne de lubrification. Le circuit de refroidissement comprend encore une branche B1 de refroidissement du turbocompresseur 4. Dans cet exemple de réalisation, la branche B1 de refroidissement du turbocompresseur 4 est reliée en sortie du circuit interne 2b à une entrée E9e de liquide de refroidissement de l’échangeur thermique 9. L’échangeur thermique 9 comprend une sortie S9e de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, a une entrée E11 d’une pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement. La pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement peut être une pompe électrique. La pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement comprend une sortie S11 reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, a une entrée 4e de refroidissement du turbocompresseur 4. Le turbocompresseur 4 comprend une sortie 4f de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, a une entrée E12 de liquide de refroidissement disposée en amont de l’entrée E7 du radiateur 7. Ainsi le liquide de refroidissement ayant servi à refroidir le turbocompresseur 4 est retourné vers l’entrée du radiateur 7 pour l’évacuation des calories prélevées. Le circuit de refroidissement comprend encore une branche B2 de lubrification du palier hydrodynamique 4d par le liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement est ici prévu pour être le fluide intercalé entre l’arbre 4c et le palier 4d lorsque l’arbre est en rotation par rapport au palier. Le liquide de refroidissement fait donc ici la lubrification du palier 4d. La branche B2 passe par une entrée E13 de liquide de refroidissement d’une vanne 13, qui peut être une électrovanne. Le rôle de cette vanne est de permettre une coupure de l’alimentation en liquide de refroidissement du palier hydrodynamique 4d du turbo 4 et ceci indépendamment de l’état de fonctionnement des pompes à eau principale 6 ou secondaire 11. Un pilotage intelligent de la vanne 13 donne la possibilité d’alimenter le palier hydrodynamique 4c au juste besoin, tout en minimisant les fuites de liquide de refroidissement à travers l’étanchéité dynamique de l’ensemble tournant 4c vers la turbine 4a et le compresseur 4b à l’arrêt du moteur thermique 2 quand la pompe à eau secondaire 11 maintient encore une circulation dans la branche B1 afin de refroidir le turbo 4 dans des conditions d’arrêt chaud. La vanne 13 comprend une sortie de liquide de refroidissement reliée à une entrée d’un filtre 14 à liquide de refroidissement. Le filtre 14 à liquide de refroidissement comprend une sortie de liquide de refroidissement relié à un entrée 4g de lubrification du palier 4d. Le turbocompresseur 4 comprend une sortie 4h de liquide de refroidissement ayant servi à la lubrification du palier 4d reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, a une entrée de liquide de refroidissement disposée en amont de l’entrée E7 du radiateur 7. Ainsi le liquide de refroidissement ayant servi à la lubrification du palier 4d est retourné vers l’entrée du radiateur 7 pour l’évacuation des calories prélevées. Dans le mode de réalisation de la la branche B2 de lubrification du palier hydrodynamique 4d est une branche en dérivation de la branche B1 de refroidissement du turbocompresseur 4, la branche B2 s’étendant entre un premier P1 sur la branche B1, en aval de la pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement, autrement dit entre la pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement et le turbocompresseur 4, et un deuxième piquage P2 sur la branche B1, en aval de la sortie 4f de liquide de refroidissement du turbocompresseur 4. La présente un autre mode de réalisation de l’invention. Ce mode de réalisation consiste à prélever le liquide de refroidissement pour le refroidissement et la lubrification du turbocompresseur 4 non pas sur l’échangeur thermique 9 où sa charge calorifique est déjà assez élevée, mais d’alimenter le turbocompresseur 4 à partir d’un piquage sur le carter cylindre du moteur thermique 2, à proximité de la pompe à liquide de refroidissement 6, donc à un endroit du circuit interne 2b où le liquide de refroidissement vient de rentrer dans le carter-cylindre et que sa température est plus faible. Compte tenu de la marge plus faible du liquide de refroidissement par rapport à sa température d’ébullition, cette variante est préférée. Ainsi ce mode de réalisation diffère du précédent mode de réalisation de la en ce que l’échangeur de chaleur 9 entre l’huile de lubrification et le liquide de refroidissement circuit de lubrification comprend toujours une entrée E9e de liquide de refroidissement reliée à une sortie de liquide de refroidissement du circuit interne 2b, mais cet échangeur thermique 9 comprend désormais une sortie S9e de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, a une entrée E12’ de liquide de refroidissement disposée en amont de l’entrée E7 du radiateur 7. Ainsi le liquide de refroidissement ayant servi à refroidir l’huile de lubrification dans l’échangeur thermique 9 est retourné directement vers l’entrée du radiateur 7 pour l’évacuation des calories prélevées. Ce mode de réalisation diffère encore du précédent mode de réalisation de la en ce que la branche B1 de refroidissement du turbocompresseur 4 est reliée à une sortie S2’ du circuit interne 2b de liquide de refroidissement directement à l’entrée E11 de la pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement. Dans ce mode de réalisation la sortie S2’ correspond au piquage dans le carter cylindre mentionné plus haut. Comme déjà expliqué, la sortie S2’ est choisie à proximité de l’entrée dans le carter-cylindre de liquide refroidissement en provenance directe de la sortie S6 de la pompe 6 de liquide de refroidissement, afin de prélever pour la branche B1 un liquide de refroidissement dont la température est plus faible. Dans ce mode de réalisation, la branche B2 de lubrification du palier hydrodynamique 4d est également une branche en dérivation de la branche B1 de refroidissement du turbocompresseur 4, la branche B2 s’étendant entre un piquage amont P1 sur la branche B1, en aval de la pompe secondaire 11 de liquide de refroidissement, et un piquage aval P2 sur la branche B1, en aval de la sortie 4f de liquide de refroidissement. L’invention permet de s’affranchir des problèmes de lubrification du palier de turbocompresseur liés à la forte augmentation de la viscosité dynamique de l’huile à des températures proches de 0°C. La viscosité dynamique du liquide de refroidissement est en effet plus faible qu’une huile de lubrification à des températures proches de 0°C et augmente moins que l’huile de lubrification. L’invention peut être mise en place avec peu de modifications de l’architecture du moteur. Ensemble de motorisation (1) comprenant : -un moteur thermique (2), -un turbocompresseur (4) composé d’une turbine (4a) et d’un compresseur (4b) reliés entre eux par un arbre (4c) porté par un palier hydrodynamique (4d), -un circuit de refroidissement du moteur thermique (2) destiné contenir un liquide caloporteur, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une branche (B2) reliée au palier hydrodynamique (4d) du turbocompresseur (4) pour la lubrification du palier hydrodynamique (4d) par le liquide de refroidissement. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche (B2) de lubrification du palier hydrodynamique (4d) par le liquide de refroidissement comprend un filtre (14) de liquide de refroidissement disposé en amont du turbocompresseur (4). Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la branche (B2) de lubrification du palier hydrodynamique (4d) par le liquide de refroidissement comprend une vanne (13) disposée en amont du turbocompresseur (4). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement du moteur thermique (2) comprend une branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4) comprenant une pompe (11) de circulation du liquide de refroidissement, la branche (B2) de lubrification du palier hydrodynamique (4d) étant une dérivation de la branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4) s’étendant entre un premier piquage (P1) sur la branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4), entre la pompe (11) et le turbocompresseur (4), et un second piquage (P2) sur la branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4), en aval du turbocompresseur (4). Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4) comprend un échangeur de chaleur (9) entre le liquide de refroidissement et une huile de lubrification du moteur thermique (2) disposé en amont de la pompe (11) de circulation du liquide de refroidissement. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que la branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4) est reliée à une sortie d’un circuit interne (2b) de liquide de refroidissement du carter-cylindre du moteur thermique (2), cette sortie étant reliée à une entrée (E9e) de liquide de refroidissement de l’échangeur de chaleur (9). Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la branche (B1) de refroidissement du turbocompresseur (4) est reliée à une sortie (S2’) d’un circuit interne (2b) de liquide de refroidissement du carter-cylindre du moteur thermique (2), cette sortie (S2’) étant directement reliée à la pompe (11) de circulation du liquide de refroidissement. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la sortie (S2’) du circuit interne (2b) de liquide de refroidissement du moteur thermique (2) est à proximité d’une entrée de liquide refroidissement dans le carter-cylindre. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’entrée de liquide refroidissement dans le carter-cylindre est reliée directement à une sortie (S6) d’une autre pompe (6) de liquide de refroidissement. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble de motorisation selon l’une des revendications précédentes.