FR2995358A1

FR2995358A1 - INSERT FOR CONTROLLING A GAS REGULATION VALVE IN A TURBINE HOUSING AND METHOD FOR SETTING THE SAME

Info

Publication number: FR2995358A1
Application number: FR1258563A
Authority: FR
Inventors: Bernard Poineau
Original assignee: Saint Jean Industries SAS
Current assignee: Saint Jean Industries SAS
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-03-14
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: WO2014041289A1; FR2995358B1

Abstract

L'insert pour commande d'une soupape de régulation de gaz dans un carter de turbine, du type disposé dans un logement formé sur le carter de turbine, ledit insert étant disposé dans le mécanisme de commande d'ouverture-fermeture de la soupape de sécurité, en étant creux intérieurement pour la réception d'un axe traversant accouplé à une biellette coopérant avec un levier associé à la commande de fonctionnement de la soupape de sécurité et l'autre extrémité de l'axe étant en regard de la soupape de sécurité, se caractérise en ce que ledit insert (20) constitue une pièce monobloc cylindrique ayant une forme permettant une immobilisation axiale et en rotation, et en ce que ledit insert est positionné dans un moule de fonderie pour permettre par surmoulage la coulée autour de lui de la partie correspondante du carter de turbine, et en ce que la liaison de l'insert et de la zone correspondante du carter de turbine assure ladite immobilisation axiale et en rotation.The insert for controlling a gas control valve in a turbine casing, of the type disposed in a housing formed on the turbine casing, said insert being disposed in the opening-closing control mechanism of the valve of safety, being internally hollow for the reception of a through shaft coupled to a link cooperating with a lever associated with the operating command of the safety valve and the other end of the axis being opposite the safety valve , characterized in that said insert (20) constitutes a cylindrical one-piece piece having a shape allowing axial immobilization and rotation, and in that said insert is positioned in a foundry mold to allow by molding the casting around it of the corresponding part of the turbine casing, and in that the connection of the insert and the corresponding zone of the turbine casing ensures said axial and rotational immobilization .

Description

995 3 5 8 1 INSERT POUR COMMANDE D'UNE SOUPAPE DE REGULATION DE GAZ DANS UN CARTER DE TURBINE ET PROCEDE DE MISE EN PLACE L'invention se rattache au secteur technique de la fabrication de carters de turbines pour véhicules, et également de la fonderie de pièces en alliage ferreux. L'invention se rattache plus particulièrement aux dispositifs constitués par des soupapes et clapets de régulation pour absorption de décompression de gaz dans lesdits carters.995 3 5 8 1 INSERT FOR CONTROLLING A GAS CONTROL VALVE IN A TURBINE HOUSING AND METHOD OF PLACING IT The invention relates to the technical sector of the manufacture of turbine casings for vehicles, and also of the foundry of ferrous alloy parts. The invention relates more particularly to devices constituted by valves and control valves for gas decompression absorption in said housings.

Au titre de l'art antérieur, et pour une bonne compréhension de la problématique à la base de l'invention, on a représenté figure 1 un carter de turbine connu en soi, partiellement ouvert avec la représentation de la turbine et de ses composants principaux ainsi que les circuits d'aspiration d'air et de sortie des gaz d'échappement. Ce carter qui est en acier moulé est référencé par (1). On a représenté par (2) la turbine qui est montée dans l'axe longitudinal du carter de turbine, par (3) la volute de la turbine, par (4) le diffuseur, par (5) le compresseur, par (6) le volute du compresseur, par (7) le tube de prise de pression, par (8) la chambre d'admission de l'air admis par le carter de turbine, par (9) la sortie de l'air compressé, par (10) la sortie des gaz d'échappement, par (11) l'arrivée des gaz d'échappement. On a aussi référencé par (12) la commande du dispositif de fonctionnement de la soupape de sécurité (14), par (15) le levier associé à la dite commande (12) et coopérant avec un système à biellette (16) sollicitant un insert (17) en contact avec la dite soupape de sécurité (14). La problématique est la suivante : Les gaz d'échappement arrivent dans le carter 1, entraînent la turbine 2 en rotation. Cela provoque l'aspiration de l'air extérieur 8 qui rentre dans le compresseur via la roue de compresseur (impeller), et est compressé par cette roue et est envoyé dans les cylindres pour suralimentation du moteur (9). Lorsque l'air d'admission dans le carter de turbine arrive, il est aspiré par la turbine qui tourne et qui l'accélère. La pression et la vitesse de l'air sont alors augmentées. L'air arrive dans le moteur, il rentre dans les cylindres après explosion avec l'essence, quand les pistons remontent les gaz d'échappement sont évacués et sont conduits vers la turbine. Les pressions doivent être régulées. Il arrive que la pression des gaz d'échappement soit trop forte et qu'un système de régulation puisse permettre une déviation des gaz d'échappement lorsque la pression nominale est atteinte. Ainsi, la soupape de régulation (14) possède une prise de pression à la sortie du compresseur. Elle va plus ou moins ouvrir le clapet de soupape en fonction de cette pression et va permettre une évacuation des gaz dans un circuit différé pour être évacuée en aval de la turbine plutôt que d'entraîner celle-ci. Selon la technique antérieure, le mécanisme connu de fonctionnement de la dite soupape de régulation (14) requiert l'utilisation d'un insert (17) qui est disposé dans le mécanisme de commande d'ouverture-fermeture de la soupape de sécurité. Cet insert (17) est réalisé sous forme d'une bague associée audit mécanisme. Cet insert présente une collerette (17a) et est creux intérieurement pour la réception d'un axe (18) traversant accouplé à une extrémité à une biellette (19) coopérant avec le levier (15). L'autre extrémité de l'axe (18) est en regard de la soupape de régulation. Le positionnement de l'insert s'effectue par un emmanchement à la presse dans un logement prévu à cet effet dans la paroi correspondante du carter et il y a ainsi un blocage en position.According to the prior art, and for a good understanding of the problem underlying the invention, there is shown in Figure 1 a turbine casing known per se, partially open with the representation of the turbine and its main components as well as the air intake and exhaust gas circuits. This housing which is made of cast steel is referenced by (1). It is represented by (2) the turbine which is mounted in the longitudinal axis of the turbine casing, by (3) the volute of the turbine, by (4) the diffuser, by (5) the compressor, by (6) the compressor volute, by (7) the pressure take-off tube, by (8) the air intake chamber admitted by the turbine casing, by (9) the compressed air outlet, by (9) 10) the exhaust gas outlet, (11) the exhaust gas supply. It is also referenced by (12) the control of the operating device of the safety valve (14), by (15) the lever associated with said control (12) and cooperating with a rod system (16) soliciting an insert (17) in contact with said safety valve (14). The problem is as follows: The exhaust gases arrive in the casing 1, drive the turbine 2 in rotation. This causes the suction of the outside air 8 which enters the compressor via the compressor wheel (impeller), and is compressed by this wheel and is sent into the cylinders for supercharging the engine (9). When the intake air into the turbine housing arrives, it is sucked in by the rotating turbine and accelerates it. The pressure and the speed of the air are then increased. The air arrives in the engine, it enters the cylinders after explosion with gasoline, when the pistons go up the exhaust gases are evacuated and are led to the turbine. The pressures must be regulated. The exhaust gas pressure may be too strong and a control system may allow exhaust gas deflection when the nominal pressure is reached. Thus, the control valve (14) has a pressure tap at the outlet of the compressor. It will more or less open the valve valve according to this pressure and will allow a gas evacuation in a delayed circuit to be discharged downstream of the turbine rather than drive it. According to the prior art, the known mechanism of operation of said regulating valve (14) requires the use of an insert (17) which is disposed in the opening-closing control mechanism of the safety valve. This insert (17) is in the form of a ring associated with said mechanism. This insert has a flange (17a) and is hollow internally for receiving a spindle (18) passing through coupled at one end to a rod (19) cooperating with the lever (15). The other end of the shaft (18) faces the regulating valve. The positioning of the insert is effected by press fitting into a housing provided for this purpose in the corresponding wall of the housing and there is thus a locking position.

Cette mise en oeuvre entraîne plusieurs problèmes. Lors de l'emmanchement sous presse, il y a des risques que l'insert se positionne de travers et dans ce cas-là, il est obligatoire que le carter soit changé dans son ensemble ce qui génère un nombre de rebuts conséquent. Pour pouvoir être emmanché, l'insert (17) nécessite d'être lisse pour bien s'insérer dans son logement. Outre la collerette qui permet une certaine immobilisation de l'insert, en cas de dilatation thermique différentielle de la matière de l'insert et de la pièce ou carter, il y a des risques à ce que l'insert puisse bouger dans son logement en rotation notamment. Lors de l'utilisation finale du carter et donc du dispositif, un tel mouvement peut engendrer des problèmes en cours d'utilisation. Dans les carters de turbine, cela entraîne un blocage de l'axe et un risque de dysfonctionnement sur le turbo compresseur complet. Pour remédier à cette contrainte, il est possible d'effectuer une opération complémentaire consistant à la réalisation d'un perçage axial pour insérer une goupille qui bloque en translation l'insert. Cela nécessite donc une opération d'usinage complémentaire. La démarche du Demandeur a donc été de rechercher une amélioration dans la conception de l'insert dans son agencement sur et dans le carter de turbines. La solution apportée réside dans une conception différente de l'insert et également dans son montage avec le carter de la turbine.This implementation causes several problems. When press fitting, there is a risk that the insert is skewed and in this case, it is mandatory that the housing is changed as a whole, which generates a significant number of rejects. To be able to be fitted, the insert (17) needs to be smooth to fit well into its housing. In addition to the flange that allows some immobilization of the insert, in case of differential thermal expansion of the material of the insert and the part or housing, there is a risk that the insert can move in its housing. rotation in particular. During the final use of the housing and therefore the device, such movement can cause problems in use. In the turbine casings, this causes a blockage of the axis and a risk of malfunction on the complete turbo compressor. To overcome this constraint, it is possible to perform a complementary operation consisting in producing an axial bore to insert a pin that blocks the insert in translation. This therefore requires a complementary machining operation. The Applicant's approach was therefore to seek an improvement in the design of the insert in its arrangement on and in the turbine casing. The solution provided lies in a different design of the insert and also in its assembly with the casing of the turbine.

Selon une première caractéristique de l'invention, l'insert pour commande d'une soupape de régulation de gaz dans un carter de turbine, du type disposé dans un logement formé sur le carter de turbine, ledit insert étant disposé dans le mécanisme de commande d'ouverture-fermeture de la soupape de sécurité, en étant creux intérieurement pour la réception d'un axe traversant accouplé à une biellette coopérant avec un levier associé à la commande de fonctionnement de la soupape de sécurité et l'autre extrémité de l'axe étant en regard de la soupape de sécurité, est remarquable en ce que ledit insert constitue une pièce monobloc cylindrique ayant une forme permettant une immobilisation axiale et en rotation, et en ce que ledit insert est positionné dans un moule de fonderie pour permettre par surmoulage la coulée autour de lui de la partie correspondante du carter de turbine, et en ce que la liaison de l'insert et de la zone correspondante du carter de turbine assure ladite immobilisation axiale et en rotation.According to a first characteristic of the invention, the insert for controlling a gas control valve in a turbine casing, of the type disposed in a housing formed on the turbine casing, said insert being disposed in the control mechanism opening-closing of the safety valve, being internally hollow for receiving a through shaft coupled to a link cooperating with a lever associated with the operating control of the safety valve and the other end of the axis being opposite the safety valve, is remarkable in that said insert constitutes a cylindrical one-piece piece having a shape allowing axial immobilization and rotation, and in that said insert is positioned in a foundry mold to allow by overmolding the casting around it of the corresponding part of the turbine casing, and in that the connection of the insert and the corresponding zone of the turbine casing as said axial immobilization and rotation.

Selon une autre caractéristique, ledit insert présente une première portée cylindrique avec des stries apparentes sur son pourtour extérieur, ladite première portée se prolongeant par une portée secondaire présentant dans sa partie médiane des méplats.According to another characteristic, said insert has a first cylindrical surface with visible ridges on its outer periphery, said first surface being extended by a secondary surface having in its middle part flats.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication et de pose d'un insert pour commande d'une soupape de régulation de gaz, est remarquable en ce que ledit insert est fabriqué dans une configuration monobloc et cylindrique, et en ce que ledit insert est positionné dans un moule de fonderie, et en ce qu'on surmoule autour dudit insert par coulage la matière constitutive de la partie correspondante réceptionnaire dudit insert du carter de turbine, et en ce que l'on procède à l'usinage du trou central traversant permettant la réception de l'axe du clapet de décharge commandant l'ouverture ou fermeture de la soupape de sécurité intégrée dans le carter de turbine, Selon une autre caractéristique du procédé, l'insert présente une première portée cylindrique avec des stries apparentes sur son pourtour et se prolongeant par une portée secondaire présentant des méplats, Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de description. 2 9 9 5 3 5 8 5 Pour fixer l'objet de l'invention illustré de manière non limitative aux figures des dessins où : La figure 1 est une vue éclatée selon l'art antérieur d'un carter de 5 turbine agencé avec des composants et notamment une soupape de décompression des gaz d'échappement, La figure 2 est une vue partielle à grande échelle illustrant le dispositif récepteur de l'insert commandant le déplacement de la soupape de décompression, selon l'art antérieur, 10 Le figure 3 est une vue représentant selon l'art antérieur un insert utilisé selon la pratique connue, La figure 4 est une vue présentant selon l'invention l'insert utilisé pour la commande de déplacement de la soupape de décompression. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale illustrant le 15 positionnement de l'insert selon l'invention dans la configuration du carter de turbine monté autour du carter. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustré aux figures des dessins. 20 L'insert, selon l'invention, est référencé dans son ensemble par (20). Il est réalisé sous forme d'une pièce monobloc et avec différentes zones successives spécifiques permettant son blocage en translation et rotation. Il comprend dans une mise en oeuvre optimisée une première portée 25 cylindrique (20a) avec des stries apparentes (20b) sur son pourtour extérieur, la dite première portée se prolongeant par une portée secondaire (20c) laquelle présente dans sa partie médiane des méplats (20d) et plus particulièrement quatre méplats définissant ainsi une section carrée dans la partie correspondante et le cas échéant également des stries (20b). Ledit insert (20) ainsi réalisé est positionné dans un moule de fonderie pour permettre la coulée autour dudit insert, de la partie correspondante du carter de turbine qui est alors surmoulée autour de l'insert.According to another characteristic of the invention, the method of manufacturing and placing an insert for controlling a gas control valve, is remarkable in that said insert is manufactured in a one-piece and cylindrical configuration, and in that said insert is positioned in a foundry mold, and in that the constitutive material of the corresponding receiving part of said insert of the turbine casing is molded around said insert by casting, and in that the machining is carried out of the central through hole for receiving the axis of the relief valve controlling the opening or closing of the safety valve integrated in the turbine casing. According to another characteristic of the method, the insert has a first cylindrical bearing surface with streaks apparent on its periphery and extending by a secondary surface with flats, These characteristics and others will stand out well from the sequel of desc ription. In order to fix the object of the invention illustrated in a non-limiting manner to the figures of the drawings in which: FIG. 1 is an exploded view according to the prior art of a turbine casing arranged with 2 is a partial view on a large scale illustrating the receiving device of the insert controlling the displacement of the decompression valve, according to the prior art, FIG. 3 FIG. 4 is a view showing, according to the invention, the insert used for the displacement control of the decompression valve. Figure 5 is a longitudinal sectional view illustrating the positioning of the insert according to the invention in the configuration of the turbine housing mounted around the housing. In order to make the object of the invention more concrete, it is now described in a nonlimiting manner illustrated in the figures of the drawings. The insert according to the invention is referenced as a whole by (20). It is made in the form of a single piece and with different specific successive zones for locking in translation and rotation. It comprises in an optimized implementation a first cylindrical bearing surface (20a) with visible ridges (20b) on its outer periphery, said first bearing being extended by a secondary bearing surface (20c) which has flats in its middle portion ( 20d) and more particularly four flats thus defining a square section in the corresponding part and where appropriate also ridges (20b). Said insert (20) thus produced is positioned in a casting mold to allow casting around said insert, the corresponding portion of the turbine casing which is then overmolded around the insert.

Dans la mise en oeuvre optimisée, outre le surmoulage, la liaison de l'insert est complétée avec les parties formant stries et méplats qui s'incrustent dans la matière surmoulée constitutive du carter pour assurer une liaison ferme de l'ensemble. L'insert est ensuite usiné avec un trou central (20e) permettant la réception de l'axe (21) du clapet de décharge commandant l'ouverture ou fermeture de la soupape de sécurité (14). On a ainsi représenté figure 5 en vue partielle, la liaison de l'insert (20) dans le carter de turbine mais aussi l'axe (21) traversant dont une extrémité (21a) est accouplée à la tige de commande (15) de la soupape de régulation, et l'autre extrémité (2 lb) reçoit le pavillon ou clapet permettant d'occulter la soupape de régulation des gaz de compression. L'action sur la tige de commande (15) provoque l'articulation angulaire partielle de la biellette (16) et de l'axe (21) qui est solidaire de celle-ci et dans la fermeture de la soupape de sécurité ou son ouverture pour la libération et passage des gaz en surcompression. L'originalité de l'invention réside donc dans une conception nouvelle de l'insert mais aussi dans un procédé de fabrication du carter de turbine dont la partie réceptrice de l'insert est surmoulée autour de l'insert préalablement positionné dans un moule de fonderie. La liaison obtenue est très largement supérieure en termes de qualité et de rigidité à la technique antérieure connue. Les zones en saillies et stries formées sur l'insert confortent la liaison avec le carter en supprimant tous risques de débattement. Par ailleurs, le fait de mettre l'insert directement dans le moule de fonderie réduit les parois de la pièce à couler en fonderie, c'est-à-dire, du carter ce qui évite la mise en place d'une masselotte. Il y a donc un gain en matière à fondre, l'élimination de l'opération de sciage de cette masselotte, et ainsi des gains de rebuts. L'insert selon l'invention avec sa configuration de stries et de méplats par exemple est parfaitement immobilisé en translation et en rotation, même en cas de dilatation différentielle thermique. 15 20 25In the optimized implementation, in addition to overmolding, the connection of the insert is completed with the parts forming grooves and flats which are embedded in the overmoulded material constituting the housing to ensure a firm connection of the assembly. The insert is then machined with a central hole (20e) for receiving the axis (21) of the relief valve controlling the opening or closing of the safety valve (14). FIG. 5 is thus shown in partial view, the connection of the insert (20) in the turbine casing but also the axis (21) through which one end (21a) is coupled to the control rod (15) of the control valve, and the other end (2 lb) receives the horn or valve to obscure the compression gas control valve. The action on the control rod (15) causes the partial angular articulation of the rod (16) and the shaft (21) which is integral therewith and in the closure of the safety valve or its opening for the release and passage of gases in overcompression. The originality of the invention lies therefore in a new design of the insert but also in a manufacturing process of the turbine casing whose receiving part of the insert is overmolded around the insert previously positioned in a foundry mold . The bond obtained is very much superior in terms of quality and rigidity to the known prior art. The protruding zones and ridges formed on the insert reinforce the connection with the casing by eliminating any risk of deflection. Furthermore, inserting the insert directly into the foundry mold reduces the walls of the casting part in the foundry, that is to say, the housing which avoids the establishment of a feeder. There is therefore a gain in melt, the elimination of the sawing operation of this weight, and thus waste gains. The insert according to the invention with its configuration of ridges and flats for example is perfectly immobilized in translation and in rotation, even in case of differential thermal expansion. 15 20 25