TURBOCOMPRESSEUR A GEOMETRIE VARIABLE AVEC PISTON COULISSANT ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'Invention La présente invention concerne d'une manière générale des turbocompresseurs à géométrie variable. Plus particulièrement, elle vise un turbocompresseur comportant un piston coulissant qui crée une entrée de turbine à tuyère variable avec des ailettes s'étendant en travers de la tuyère dans une position fermée du piston.

Description de l'Art Antérieur Les turbocompresseurs à haut rendement emploient des systèmes à géométrie variable pour les tuyères d'entrée de la turbine afin d'augmenter les performances et le rendement aérodynamique. De façon typique, les systèmes à géométrie variable pour turbocompresseurs sont de deux types, à savoir à ailettes pivotantes et à piston. Le type à ailettes pivotantes, illustré par exemple par le brevet US N°5 947 681 intitulé "Pressure Balanced Dual Axle Variable Nozzle Turbocharger", comporte une pluralité d'ailettes individuelles placées dans la tuyère d'entrée de turbine et qu'on peut faire pivoter pour diminuer ou augmenter la section de tuyère et le volume de fluide. Le type à piston, qui est illustré par exemple par les brevets US N°5 214 920 et 5 231 831 tous deux intitulés"Turbo- charger"et le brevet US N°5 441 383 intitulé"Variable Exhaust Driven Turbochargers", emploie un piston ou une paroi cylindrique qui est déplaçable concentriquement à l'axe de

rotation de la turbine pour réduire la section de l'entrée de tuyère. Dans la plupart des cas, le turbocompresseur à géométrie variable du type à piston comprend des ailettes ayant un angle d'attaque fixe par rapport au flux d'air, qui sont montées sur le piston ou sur une paroi de tuyère fixe à l'opposé du piston et qui sont reçues dans des rainures ménagées dans la surface opposée pendant le mouvement du piston.

Dans les turbocompresseurs à géométrie variable du type à piston de l'art antérieur, le problème a été d'obtenir les performances aérodynamiques maximales tout en admettant des tolérances pour les surfaces coopérantes, en particulier pour les ailettes et les rainures de réception qui sont employées dans la plupart des réalisations et qui sont soumises à des variations de température et des contraintes mécaniques très élevées, et également de prévoir des moyens de commande du piston dans une configuration facile à fabriquer.

RESUME DE L'INVENTION Un turbocompresseur utilisant la présente invention comprend un carter ayant un corps de turbine qui reçoit les gaz d'échappement d'un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne à une entrée et qui comporte une sortie d'évacuation, un corps de compresseur ayant une entrée d'air et une première volute, et un corps central placé entre le corps de turbine et le corps de compresseur. Une roue de turbine est montée dans le corps de turbine pour extraire l'énergie du gaz d'échappement. La roue de turbine est accouplée à un arbre qui sort du corps de turbine et passe dans un alésage du corps central, la roue de turbine comprenant un disque arrière sensiblement plein et des aubes multiples. Un palier monté dans l'alésage d'arbre du corps central supporte l'arbre pour un mouvement de rotation, et une roue de compresseur est accouplée à l'arbre, à l'opposé de la roue de turbine, et elle est contenue dans le corps de compresseur.

Un piston sensiblement cylindrique est concentrique à la roue de turbine et il est déplaçable parallèlement à un axe de

rotation de la roue de turbine. Une pluralité d'ailettes s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de rotation, à partir d'un bouclier thermique qui est monté, à l'endroit de sa circonférence extérieure, entre le corps de turbine et le corps central et qui s'étend radialement vers l'intérieur, vers l'axe de rotation. Un actionneur est prévu pour déplacer le piston d'une première position proche du bouclier thermique à une deuxième position éloignée du bouclier thermique. Dans la première position, une surface radiale du piston est en contact avec l'extrémité des ailettes. Dans la deuxième position, le piston est espacé des ailettes de façon à créer une tuyère de plus grande section avec un écoulement partiel des gaz d'échappement, venant de la volute de turbine, à travers les ailettes et avec un écoulement partiel à travers un anneau ouvert directement dans la turbine.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les détails et aspects de la présente invention seront mieux compris à la lumière de la description détaillée ci-après et des dessins dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un turbocompresseur employant un mode de réalisation de l'invention, le piston étant dans la position fermée ; la figure 2 est une vue en élévation et en coupe du turbocompresseur de la figure 1, le piston étant dans la position ouverte ; la figure 3 est une vue en élévation et en coupe partielle d'un deuxième mode de réalisation de l'invention avec une étanchéité à joints décalés pour le piston, le piston étant dans la position fermée ; et la figure 4 est une vue en élévation et en coupe partielle du mode de réalisation de la figure 3, le piston étant dans la position ouverte.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On se reporte aux dessins. La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention pour un turbocompresseur 10

qui comprend un corps de turbine 12, un corps central 14 et un corps de compresseur 16. Une roue de turbine 18 est accouplée par un arbre 20 à une roue de compresseur 22. La roue de turbine convertit l'énergie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne amenés par un collecteur d'échappement (non représenté) à une volute 24 dans le corps de turbine. Les gaz d'échappement se détendent dans la turbine et sortent du corps de turbine par une sortie 26.

Le corps de compresseur comprend une entrée 28 et une volute de sortie 30. Une plaque arrière 30 est reliée par des boulons 34 au corps de compresseur. La plaque arrière est elle- mme fixée au corps central au moyen de boulons (non représentés) ou coulée solidairement du corps central. Un collier de serrage en V 40 et des broches d'alignement 42 relient le corps de turbine au corps central.

Un palier 50 monté dans l'alésage 52 du corps central supporte l'arbre en rotation. Un manchon 58 est tenu entre la surface de butée et la roue de compresseur. Une garniture rotative 60, telle qu'un anneau de piston, assure une étanchéité entre le manchon et la plaque arrière.

Le mécanisme à géométrie variable de la présente invention comprend un piston sensiblement cylindrique 70 reçu dans le corps de turbine en alignement concentrique avec l'axe de rotation de la turbine. Le piston est déplaçable longitudinalement par l'intermédiaire d'un croisillon 72, comportant trois branches dans le mode de réalisation représenté, qui est attaché au piston et attaché à une tige de manoeuvre 74. La tige de manoeuvre est reçue dans un manchon 76 qui traverse le corps de turbine et elle est reliée à un actionneur 77. Dans le mode de réalisation représenté, l'actionneur est monté sur des bossages du corps de turbine par l'intermédiaire d'un support 78.

Le piston coulisse dans le corps de turbine par l'intermédiaire d'un insert à faible frottement 82. Une garniture d'étanchéité cylindrique 84 est insérée entre le piston et

l'insert. Le piston est déplaçable à partir d'une position fermée représentée sur la figure 1, dans laquelle la section de la tuyère d'entrée à la turbine à partir de la volute 24 est sensiblement réduite. Dans une position d'ouverture totale, une saillie radiale 86 du piston bute contre une face 88 de t'insert pour limiter le déplacement du piston.

Des ailettes de tuyère 90 s'étendent à partir d'un bouclier thermique 92. Dans la position fermée du piston, les ailettes sont en contact avec la face de la saillie radiale du piston. La périphérie extérieure du bouclier thermique est tenue entre le corps de turbine et le corps central. Le bouclier est configuré de manière à pénétrer dans la cavité du corps de turbine à partir de l'interface entre le corps central et le corps de turbine et il constitue une paroi intérieure pour la tuyère d'entrée de la turbine.

La figure 2 représente le turbocompresseur de la figure 1 lorsque le piston 70 est dans la position ouverte. Un canal annulaire ouvert 94 est créé entre les ailettes et la face de la saillie radiale. Le flux de gaz d'échappement à travers les ailettes et le canal annulaire qui constitue la tuyère ouverte est stabilisé en direction par les ailettes. La modulation du flux de tuyère peut tre effectuée par positionnement du piston à des points désirés entre la position d'ouverture totale et la position de fermeture totale.

Le système de manoeuvre du piston, dans le mode de réalisation représenté, est un actionneur pneumatique 77 fixé à un support 78 comme représenté sur les figures 1 et 2.

La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention incorporant un piston 70a qui est fabriqué à partir d'une feuille de métal ou par coulée d'une paroi mince ayant une section transversale sensiblement en U de manière à comprendre un anneau extérieur 94 parallèle à la direction de translation du piston et un anneau intérieur 96 s'étendant jusqu'à une fixation à une plaque 98 pour connexion à la tige de manoeuvre 74. L'anneau extérieur du piston est reçu dans une

rainure 100 du corps de turbine, et l'anneau intérieur est reçu étroitement par la paroi circonférentielle intérieure de la sortie du corps de turbine, ce qui crée une étanchéité à joints décalés pour le piston. Dans la position fermée, l'âme de la forme en U du piston vient en contact avec les ailettes pour définir la tuyère de section minimale.

La figure 4 représente le mode de réalisation de la figure 3, le piston étant dans la position ouverte et l'âme du U étant éloignée des ailettes pour obtenir l'espace annulaire libre précédemment décrit pour la tuyère ouverte produisant une section maximale d'entrée de tuyère. Le contact du bord de l'anneau extérieur 84 avec l'extrémité de la rainure 100 ou, en variante, le contact de l'âme du U avec la face adjacente 88a du corps de turbine limite la course du piston.

L'invention ayant été décrite en détail comme requis par les règles de protection, des modifications et des substitutions aux modes de réalisation spécifiques décrits ici apparaîtront aux hommes de l'art. Ces modifications et substitutions entrent dans le cadre de la présente invention comme défini dans les revendications annexées.