Brevet FR2441073A1 — publié le 19800606

la présente invention concerne un compresseur A course variable. Ce compresseur, qui forme avec ses auxiliaires un groupe compact, est id par wn moteur à combustion interne. On sonnait, par exemple par le brevet français I. 2 191 623, des compresseurs à action directe où les différents pistons assurant les fonctions de piston moteur, de piston matelas, de piston de balayage et de piston compresssur sont solidaires d'un équipage mobile unique et monobloc qui n'est en liaison avec aucun autre organe. Ces compresseurs présentent certains inconvénients. Ainsi, il n'est pas possible de positionner l'équipage mobile de façon stre pour le démarrage, étant donné qu'il n'y a aucune capacité étanche pouvant être sise sous pression pour assurer le déplacement de l'équipage mobile dans le sens retour. Pour la nSn. raison, ces compresseurs ne permettent pas la commande de 11 organe distribuant le combustible. Enfin, le piston compresseur, qui est de forme an annulaire, est placé dans la partie centrale de l'équipage mobile, et est difficile à refroidir tandis que le rendement du compresseur est bas. La présente invention a pour but de réaliser un coipresseur du type précité qui ne présente pas ces inconvénients, le principe de cette machine intégrée complète ne limitant pas l'utilisation industrielle. Un compresseur suivant l'invention comporte, sur un même axe longitudinal, des cylindres appartenant à un groupe moteur, à un groupe com- presseur et à un groupe d'auxiliaires, et dans lesquele se déplacent des pistons constitués par les faces utiles d'un équipage mobile unique et monobloc qui n'est lié à aucun organe extérieur, la translation alternative de cet équipage mobile assurant simultanément le fonctionnement du moteur, du compresseur et des auxiliaires, et il est caractérisé en ce que le piston matelas est situé dans la partie centrale de l'équipage mobile, et est annulaire, tandis que le piston compresseur est situé dans une csx- trématé dudit équipage mobile, à l'opposé du piston moteur, l'équipage mobile comportant un dispositif interne d'échanges thermiques disposé n- tre le piston moteur et le piston de balayage. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le piston matelas, qui est tourné en direction de la chambre de compression, est adjacent au piston de balayage, qui est tourné en direction de la chambre de combustion. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le piston compresseur est adjacent à un piston annulaire contre--atelas, oes deux pistons se déplaçant à l'intérieur du cylindre du groupe ó preszrur. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'équSp- mobile comporte intérieurement, entre le piston moteur et le piston de balayage, une série de passage. formant ensemble un circuit à l'inté- rieur duquel circule un fluide caloporteur, ce circuit comprenant - un passage annulaire périphérique, - un passage axial central, - deux passages d'extrémité reliant chacun une extrémité du passage annulaire à l'extrémité correlpondante du passage axial, ces deux passages d'extrémité étant concaves dans la même direction, si bien que la translation alternative de l'équipage mobile assure la circulation du fluide caloporteur. Suivant unecaractéristique supplémentaire de l'invention, le pil- ton de balayage comporte une série d'ailette radiales favorisant le re froidissement dudit piston par l'air de balayage. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. - Figure 1 est une vue d'ensemble en section axiale d'un compresseur suivant l'invention, l'équipage mobile étant unsiblement à mi-course. - Figures 2 et 3 amont d'autres vue identiques à la figure 1, montrant les phases du itonotionn- ent. - Figure 4 est une section axiale du piston seul. - Figure 5 est une section V-Y (fig 4). On a représenté sur la figure 1 un compresseur suivant l'invention. Ce coipresseur comprend un équipage mobile unique et monobloc 1 comprenant une partie 2 qui coulisse dans la chemise 6 du cylindre moteur, une partie 3 qui coulisse dans la chemise 13 du cylindre compresseur, les parties 2 et 3 étant les parties estr8mes dudit équipage, et une partie centrale 4 qui coulisse dans le cylindre 20 du groupe d'auxiliaires. Le carter moteur 5 comporte un dispositif d'introduction de combustible 7, constitué par un injecteur de combuetible liquide ou par une soupape pour combustible gazeux, des lumières d'échappement 8 s'ouvrant sur une canalisation d'échappement 10 et des lumières de balayage 9. Des ailettes 11 sont prévues sur la partie avant du carter moteur 5. Le cylindre compresseur 12, qui est équipé de la chemise 13, est muni d'ailettes périphériques 19, et reçoit un clapet d'admission 29 et un organe 22 qui commande l'injection du combustible liquide ou gazeux par l'intermédiaire du dispositif 7. Une plaque porte-clapets 14 recevant les clapets d'aspiration 16 et les clapets de refoulement 17 est monte sur le cylindre compresseur 12, tandis qu'une culasse 15, fixée sur la plaque porte-clapets 14, comprend en particulier la tuyauterie 18 pour la sortie de l'air comprimé. Le cylindre des auxiliaires 20, placé entre le carter moteur 5 et le cylindre compresseur 12, comporte des ailettes de refroidissement 21, un clapet d'alimentation 43 et un système de démarrage à soupape rapide 23. Ce cylindre comporte aussi les clapets d'admission 24. Da côté du carter moteur 5, une plaque porte-clapets 25 est montée sur le cylindre de. ausi- liaires 20. Une plaque étanche 27 comportant des segments 28 est montée sur ce même cylindre 20, mais du côté du cylindre compresseur 12. Les pièces décrites ci-dessus délimitent principalement les capacités suivantes - La capacité moteur, ou chambre de combustion 35, délimitée par la partie 2 de l'équipage mobile 1 dans te carter moteur 5. - La chambre de balayage 36 délimitée dans le carter moteur 5, et dans laquelle débouchent d'une part les clapets de la plaque porte-clapets 25 et d'autre part les lumières de balayage 9. - La chambre de pompage 37 du balayage, délimitée dans le cylindre des auxiliaires 20 entre la plaque porte-clapets 25 et la partie centrale 4 de l'équipage mobile t. - Le matelas 38, délimité dans le cylindre des auxiliaires 20 entra la partie centrale 4 de l'équipage mobile 1 et la plaque étanche 27. - Le contre-matelas 39 délimité, dans le cylindre compresseur 12, entre la plaque étanche 27 et la partie 3 de l'équipage mobile 1. - La chambre de compression 40 délimitée, dans le cylindre compres- seur 12, entre la partie 3 de l'équipage mobile 1 et la plaque porte-clapets 14. - Le réservoir d'air utile 41 délimité à l'intérieur de la culasse 15 fixée sur la plaque porte-clapets 14. - Le réservoir de démarrage 42 dFlimité à l'intérieur d'une double paroi du cylindre des auxiliaires 20, et susceptible de con co-quer avec le matelas 38 par l'intermédiaire du système de démarrage à soupape rapide 23. - Une enceinte d'aspiration 48 délimitée autour de l'ensemble oe prenant le carter moteur 5, le cylindre compresseur 12 et le cylindre des anxiliaires 20 par une enveloppe métallique 33 revStue intérieuremeat d'une couche anti-bruit 34 et fermée à un bout par un filtre à air 32. Le compresseur est en outre associé à une turbo-soufflante composée d'une turbine 30 et d'une soufflante 31. La turbine 30 est alimentée par les gaz sous- pression provenant de la canalisation d'échappement 10, mais elle pourrait tout aussi bien tre alimentée par de l'air sous pression provenant de la chambre de balayage }6. La soufflante 31 aspire de l'air dans une canalisation 44 qui est reliée s - à une canalisation 45 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 48, en regard des ailettes 11 du carter moteur 5, - à une canali ation 46 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 48 en regard des ailettes 21 du cylindre des auxiliaires 20, - à une canalisation 47 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 48 en regard des ailettes 19 du cylindre compresseur 12. Pour améliorer l'efficacité du refroidissement, on a prévu en outre dans l'équipage mobile 1 un dispositif interne d'échanges thermiques, visible sur les figures 4 et 5. Ce dispositif s'étend entre les parties 2 et 4 de l'équipage mobile 1, et comprend une série de passages formant ensemble un circuit fermé à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur. Ce circuit comprend t - Un passage annulaire périphérique 49 délimité entre la paroi tubulaire externe de l'équipage mobile et un chemisage tubulaire interne 50. - Un passage axial central 51 délimité à l'intérieur d'un conduit axial 52 de faible section. - Deux passages d'extrémité 53 et 54 reliant chacun une extrémité du passage annulaire 49 à l'extrémité correspondante du passage axial 52. Cea deux passages 53 et 54 ont uns forse ét révolution, et iont tous deux concaves en direction de la partie 3 de l'équipage mobile 1, de fa- gon que la translation alternative de l'équipage mobile 1 suffise à assurer la circulation du fluide caloporteur dans le sens indiqué par les flèches 55. On notera que le chemisage 50 est pourvu de pions de centrage 56 des- tinés à prendre appui contre la paroi externe de l'équipage mobile, et que des ailettes radiales 57 sont prévues sur la partie centrale 4 de l'équipage mobile 1, du côté de la partie 2. Le fonctionnement est le suivant t Lorsque l'équipage mobile 1 a été repoussé vers la gauche (fig 2) en comprimant un certain volume d'sir à l'intérieur de la capacité moteur 35, le combustible est introduit dans cette chambre par l'organe 7, au moment approprié (fig 2). Ce moment est variable suivant que le combustion ble est liquide ou gazons. Sous l'effet de la combustion, la pression de la capacité moteur 35 augmente fortement, en repoussant vers la droite l'équipage mobile 1.Le déplacement vers la droite de l'équipage mobile 1 produit les effets suivants - La chambre de pompage 37 augmente de volume, est donc misct en dépression, et aspire de l'air dans l'enceinte 48 par l'intermédiaire des clapets d'admission 24. - L'air enfermé dans le matelas 38 est comprimé. Cette compression constitue une accumulation d'énergie pneumatique utilise ultérieurement pour renvoyer le piston vers la gauche - L'air enfermé dans le contre-matelas 39 se détend. Si la pression de cet air tombe en dessous de la pression atmosphérique quand l'équipage mobile arrive en fin de course vers la droite (fig 3), le contre-matelas est réalimentê en air par aspiration dans l'enceinte 48, par l'intermédiaire u clapet d'admission 29. - L'air qui se trouve dans la chambre de compression 40 est comprimé et refoulé dans le réservoir 41 à travers les clapets de refoulement 17, cet air s'écoulant par la tuyauterie 18 en direction d'un circuit d'utilisation d'air comprimé. Au moment où l'équipage mobile arrive à proximité de Sa position de fin de course vers la droite, la partie 2 de l'équipage mobile 1 découvre les lumières d'échappement 8 puis les lumières de balayage 9, en permettant aux gaz brtlds de s'échapper de la capacité moteur 35 par la canalisation 10, puis en permettant à l'air sous pression stocké dans la chambre de balayage 36 de balayer la capacité moteur 35. Simultanément, la turbine 30F qui est alimentée par l'intermédiaire de la canalisation 10, entratne la soufflante 31 qui effectue un refroidissement de la machine par circulation d'air fraia sur les ailettes il, 19 et 21. Lorsque toute l'énergie cinétique résiduelle de ltéquipage mobile l a étd accumulée dans le matelas 38, l'air comprimé qui 8boy trouve est b une pression suffisamment élevé pour qu'on puisse prélever un peu de cet air et le stocker dans une capacité de démarrage, par l'intermédiaire d'un dispositif de prélèvement non représenté. Après avoir atteint sa position extrême vers la droite, l'équipage mobile 1 repart vers la gauche sous l'effet de la pression de l'air dans le matelas 38. Dès que la partie 2 de l'équipage mobile a franchi les lumières de balayage 9 et les lumières d'échappement 8, l'air qui se trouve à l':nt6- rieur de la capacité moteur 35 est progressivement comprimé. Le déplace- ment vers la ruche de l'équipage mobile 1 produit par ailleurs les effets suivants - La partie centrale 4 de l'équipage mobile comprime l'air qui se trouve dans la chambre de pompage 37, et cet air est refoulé dans la cham- bre de balayage 36 en traversant les clapets de refoulement 26 de la plaque porte-clapets 25. - Le matelas 38 augmentant de volume, la pression de l'air qui s'y trouve diminue. Si, vers la fin de la course vers la gauche de l'équipage oblige 1, cette pression devient inférieure à la pression de la chambre de balayage 3S, le matelas 38 se réalimente en air en aspirant de l'air par l'intermédiaire d'un clapet d'admission 43 et d'une canalisation 43a débouchant dans la chambre de balayage 36. - La pression de l'air qui se trouve dans le contre-matelas 39 s'd- lève en respectant une loi très régulière, en fonction de la course de l'équipage mobile 1, ce qui permet, pour une course donnée, de sélectionner la pression du contre-matelas 39 qui, en agissant sur l'organe de commande 22 entratnera l'alimentation en combustible de l'organe d'intro- duction 7 au moment choisi. - La pression régnant dans la chambre de compression 40 s'est abais sée au-deBsous de la pression atmosphérique, c'est-d-dire au-dessous de la pression régnant dans l'enceinte d'aspiration 48, si bien que la chambre de compression 40 se remplit d'air aspiré dans l'enceinte 48 par l'in termédiaire des clapets d'aspiration 16. L'enceinte d'aspiration 48 dans laquelle la chambre de pompage 37, la chambre de compression 40 et les canalisations 45, 46 et 47 aspirent une certaine quantité d'air doit olle-mSme se réalimenter en aspirant de l'air frais å l'extérieur à travers le filtre 42. Lorsque l'équipage mobile 1 arrive à sa position extrême à gauche, le cycle est terminé, et un nouveau cycle complet identique au prdcXdent commence. Pour le démarrage, on envoie de l'air sous pression dans le contrematelas 39, ce qui a pour effet d'amener l'équipage mobile 1 en position de fin de course vers la droite (fig 3), puis grfice à la soupape à ou verture rapide 23, on introduit l'air à haute pression du réservoir de dé- barrage 42 dans le matelas 38, ce qui a pour effet de repousser l'équi page mobile 1 vers la gauche, l'équipage mobile effectuant ainsi sa première course. Au cours du fonctionnement, la partie 2 de l'équipage mobile 1 s'é- chauffe sous l'effet de la combustion dans la capacité moteur 35. Le dispositif interne d'échanges thermiques du l'équipage mobile 1 permet d'é- vacuer les calories de la partie 2 en direction de la partie centrale 4 de l'équipage mobile 1, cette partie centrale 4 étant refroidie par l'in termédiaire des ailettes radiale 57 en contact avec l'air frais de la chambre de pompage 37. Le compresseur suivant l'invention présente notamment les avantages suivants - Le système de refroidissement est particulièrement efficace, ce qui évite toute surchauffe laie à plein régime. - Le matelas 38, dont le volume peut être assez restreint compte tenu de sa disposition annulait, est un matelas "raide", à faible espace mort, ce qui, combiné au systeme de refroidissement, autorise des régimes de fonctionnement élevés, - Le carter moteur 5, le cylindre compresseur 12 et le cylindre des auxiliaires 20 munis d'ailettes de refroidissement 11, 19 et 21 perp ndi- culaires d l'axe de la machine sont convenablement refroidis par l'air frais qui circule dans l'enceinte d'aspiration 48. - Let auxiliaires de fonctionnement assurant le démarrage, le graissage, et l'alimentation en combustible sont compris dans un bloc des auxi- liaires intégrai à la machine. Tous les éléments de la machine forment ainsi un ensemble intégré, complet et compact permettant d'inclure le coi- presseur dans une enveloppe d'isolation phonique simple et efficace. - La source d'énergie du compresseur est un moteur à combustion interne pouvant fonctionner avec des combustibles liquides et gazeux selon le cycle deux temps et avec un fort excès d'air favorable à la réduction de la pollution atmosphérique. - La"raideur" importante du matelas 38 fait tomber à une faible valeur sa pression minima lorsque le piston Diesel 2 est au Point Nort Baut (figure 2), si bien que la compensation des faites dans le matelas 38 peut être assuré. à partir de la chambre de balayage 36, par une simple canalisation 43a. ,ldSVEIIDICATIOBS 1. Compresseur comportant, sur un même axe longitudinal, des cylin- dres appartenant à an groupe moteur, à un groupe compresseur et à un groupe PC d'auxiliaires, et dans lesquels se déplacent des pistons constitués par les faces utile d'un équipage mobile unique et monobloc qui n'est lié à aucun organe xtérieur, la translation alternative de cet équipage mobile assurant simultanément le fonctionnement du moteur, du compresseur et des auxiliaires, et caractérisé en ce que le piston matelas, qui est situé dans la partie centrale de l'équipage mobile, est annulaire, tandis que le piston compresseur est situé à une extrémité dudit équipage mobi-le, à l'opposé du piston moteur, l'équipage mobile colportant en outre un dispositif interne d'échanges thermiques disposé entre le piston moteur et le piston de balayage. 2. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé on ce que le piston matelas, qui est tourné on direction de la chambre de compras- pion, est adjacent au piston de balayage, qui est tourné en direction de la chambre de combustion, ces deux pistons se déplaçant à l'intérieur du cylindre du groupe drauxiliaires. 3. Compresseur suivant l'une quelconque des revendications préé- dentes, caractérisé en ce que le piston compresseur est adjacent à un piston annulaire contre-matelas qui comprime de l'air pour commander l'injeo- tion de combustible dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un organe de commande, ces deux pistons se déplaçant à l'intérieur du cylindre du groupe compresseur. 4. Compresseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce u'il comporte, dans le groupe moteur, une chambre de balayage qui est isolée d'une chambre de pompage située dans le groupe d'auxiliaires par une plaque porte-clapets annulaire, ladite chambre de pompage étant délimitée entre cette plaque porte-clapets et le piston de balayage. 5. Compresseur suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la chambre matelas est séparée de la chambre contre-matelas par une plaque annulaire montée à l'extrémité du cylindre du groupe d'auxiliaires adjacente au groupe compresseur. 6. Compresseur suivant l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que l'équipage mobile comporte intérieurement, entre le piston moteur et le piston de balayage, une série de passages tor- mant ensembles un circuit à l'intérieur duquel circule un fluide calo2or- teur, ce circuit comprenant - un passage annulaire périphérique délimité entre la paroi cylindri que externe de 1'8guipage mobile et un chemisage tubulaire interne, - un passage axial central délimité à l'intérieur d'vit conduit axial Se faible section, - deux passages d'extrémité reliant chacun une extrémite du passage annulaire à l'extrdmité correspondante du passage axial, ces deux passages d'extrémité ayant des formes de révolution et étant tous deux concaves dans la mSme direction, de façon que la translation alternative de l'équipage mobile suffise à assurer la circulation du fluide caloporteur dans le circuit. 7. Compresseur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le pistor de balayage comporte une série d'ailettes radiales favorisant le refroidissement dudit piston par l'air de balayage. 8. Compresseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la "raideur" du matelas est importante, sa pression minima tombant à une faible valeur lorsque le piston moteur est au Point Mort Haut, si bien que la compensation des fuites dans ce matelas peut entre assurée à partir de la chambre de balayage par l'intersé- diaire d'une simple canalisation.