Brevet FR2493420A1 — publié le 19820507

Compresseur de réfrigération hermétique à double capacité avec moteur réversible La présente invention concerne un compresseur de réfrigération à double capacité pour dispositif de conditionnement d'air et spécialement pour des pompes à chaleur. Les études relatives aux aspects économiques des pompes à chaleur ont montré que, si une pompe à chaleur fonctionnant en mode chauffage pouvait opérer efficacement à une capacité plus faible les jours où la température est douce et à une capacité plus élevée les jours où la température est basse, on obtiendrait des avantages économiques bien déterminés0 Toutefois, la difficulté est que la capacité du compresseur des pompes à chaleur fonctionnant en mode chauffage diminue à mesure que les températures baissent, car ces dernières entraident une chute de la température et de la densité du gaz aspiré de sorte qu'une quantité plus faible de réfrigérant est fournie au compresseur.La capacité du compresseur diminue donc en réalité alors que, de façon idéale, elle devrait augmenter pour compenser l'abaissement de la température ambiante en fournissant plus de chaleur. Pour remédier a' cette difficulté, on a proposé plusieurs solutions parmi lesquelles on trouve l'utilisation de compresseurs à vitesses multiples, de compresseurs comportant plusieurs cylindres qui peuvent titre pzrtiellement mis hors fonction, et de compresseurs volontairement surdimensionnés pour répondre a' toutes les nÉessté de chauffage envisagées (ce qui se traduit par un rendement économique assez médiocre, compte tenu des nécessités de reroidissement modérées se manifestant dans les régions septentrionales et des demandes de chauffage modérées devant être satisfaites les jours où la température est douce) On sait, d'après les brevets antérieurs, que les caractéristiques de sortie d'une pompe, ou d'un autre appareil utilisant un élément alternatif, peuvent être modifiées par variation de l'excentricité du moyen faisant décrire une orbite à la bielle associée à l'élément alternatif.C'est ainsi que les brevets US nO 135 380, 2 592 237 et 3 007 349 enseignent comment un tel réglage d'excentricité peut être effectué par actionnement manuel dtun mécanisme ou autre moyen tandis que le brevet US n 3 180 178 indique que l'on peut modifier l'excentricité en modifiant la pression hydraulique régnant dans un système de lubrification0 Bien entendu, il est peu commode, dans un compresseur fermé hermétiquement, de régler de l'extérieur de l'enveloppe du compresseur hermétique le moyen excen trié, En ce qui concerne l'agencement connu basé sur des variations de la pression hydraulique, il présente également l'in convénient, dans la mesure où il fait appel g des moyens actionnés par un fluide hydraulique, d'être monté sur le vilebrequin et de tourner avec ce dernier en plus du fait que la pression de lubrification doit etre modifiée b l'aide soit d'un régulateur de pression pouvant titre actionné manuellement, soit d'un régulateur de pression acbionné automatiquement et commandé par la charge du compresseur, ce qui n'est pas sou- haitable, ici encore, pour un système hermétique0 On connut$ aussi des agencements dans lesquels on obtient des longueurs de course variable par inversion du sens de fonction nement du moyen d'entraSnementO C'est ainsi que le brevet US n 2 717 5t8 décrit un agencement d1allongement de tringlerie sensible au sens de fonctionnement et convenant particulièrement bien pour les mécanismes d'essuie-glaces des véhicules, tandis que le brevet US n 3 482 458 décrit un mecanisme double d'allongement de course convenant particulièrement pour les scies à mouvement alternatif dans lesquelles une paire de tringles ou biellettes associées à une plaque tournante donnent différentes longueurs de course en fonction du sens de rotation de la plaquez Aucun de ces agencements ne convient pour ttre utilisé dans un compresseur de réfrigération hermétique, compte tenu particulièrement de la différence de valeur considérable entre les forces nécessaires dans un compresseur et celles que les systèmes de tringlerie des types connus pourraient traitera L'objet principal de la présente invention est de procurer un compresseur de réfrigération hermétique du type alternatif comportant des moyens relativement peu coûteux, bien que d'une grande durabilité, pour régler automatiquement la longueur utile de la course du piston lors de chaque inversion du fonctionnement du vilebrequin0 La présente invention réside donc dans un compresseur de réfrigération hermétique à double capacité comprenant un vilebrequin rotatif comportant un maneton qui est excentré par rapport au vilebrequin, un moteur réversible pour entratner le vilebrequin dans l'un ou l'autre des sens de rotation, au moins un cylindre dans lequel se trouve un piston relié au vilebrequin par lin- termédiaire d'une bielle comportant un palier d'extrémité entourant le maneton, et un moyen de réglage de course de piston pour modifier automatiquement la longueur de course du piston lors de chaque inversion de sens de rotation du vilebrequin, ledit moyen de réglage de course de piston comprenant une bague excentrée supportée de façon tournante par ledit maneton et tournant dans ledit palier d'extrémité de la bielle, un moyen d'accouplement interposé entre le maneton et la bague excentrée de manière X amener cette dernière, pendant la rotation du vilebrequin, B se déplacer conjointement avec le maneton sans qu'aucun déplacement angulaire relatif se produise entre le maneton et la bague, ledit moyen d'accouplement présentant une quantité prédétérminée de jeu permettant à un déplacement angulaire relatif limité, modifiant l'excentricité, de se produire entre le maneton et la bague excentrée pendant une partie initiale de la rotation du vilebrequin W la suite de chaque inversion de sens de rotation de ce dernier, et un moyen ayant pour effet, pendant ladite partie initiale de la rotation du vilebrequin, d'amortir les chocs qui se produiraient, sans cela, lors de l'absorption de ladite quantité prédéterminée de jeu0 Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le moyen d'amortissement de chocs est un élément élastique qui fait aussi partie du moyen d'accouplement permettant au déplacement angulaire relatif limité modifiant l'excentricité d'avoir lieu entre le maneton et la bague excentrée lors de chaque inversion de rotation du vilebrequin. Dans un autre mode de réalisation, les chocs sont amortis à l'aide d'un effet de freinage. Si on le désire, cet effet de freinage peut également être utilisé avec le mode de réalisation mentionné en premier pour seconder 11 élément élastique dans l'amortissement des chocs. On va maintenant décrire à titre d'exemple et en détail le mode de réalisation préféré de la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de c8té en élévation et partiellement en coupe d'un compresseur de réfrigération hermétique auquel peut être appliquée la présente invention ; - la figure 2 est une vue en coupe détaillée, faite par II-II de la figure 1, du mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 3 est une vue en coupe partielle faite par III-III de la figure 2;; - la figure 4 est une vue schématique montrant la variation de longueur de course obtenue à l'aide du mécanisme des figures 2 et 3, quand le moteur entrasse le vilebrequin dans un premier sens puis dans l'autre t - la figure 5 est une vue en coupe d'un autre mode de réali sation de la présente invention ; et - la figure 6 est une vue en coupe partielle faite par VI-YI de la figure 5. La présente invention peut être appliquée aux compresseurs de réfrigération hermétiques soit monocylindriques, soit multicylindriques, bien que l'on considère actuellement que sa meilleure application concerne ce dernier type. Le compresseur représenté sur la figure 1 est d'un type similaire à celui décrit dans la demande de brevet US nO 3 259 307 å laquelle on se référera pour une description plus détaillée En bref, en se référant b la figure 1, on voit que le compresseur de réfrigération illustré sur celle-ci comprend une enveloppe hermétiquement étanche 10, cylindrique dans son ensemble et comportant une admission 12 å travers laquelle le réfrigérant gazeux aspiré est admis dans l'enveloppe, et un ou plusieurs tubes de refoulement 14 à travers lesquels les gaz comprimés sortent de l'enveloppe. La partie supérieure de l'enveloppe loge un moteur électrique réversible 16 dont le rotor 18 est fixé k l'extrémité supérieure du vilebrequin 20. Le compresseur représenté comporte deux cylindres 22 contenant des pistons 24 qui sont reliés au maneton du vilebrequIn 20 par des bielles 260 La partie d'extrémlté inférieure du vilebrequin 28 comprend un moyen 30 d'admission de lubrifiant pour l'admission de l'huile provenant d'un carter d'huile 32 dans un passage 34 s'étendant axialement à travers le vilebrequin et acheminant l'huile jusqu'au palier du vilebrequin, comme il est connu. En se référant maintenant aux figares 2 et 3, on voit que le cercle 36 (figure 2) en traits interrompus indique l'remplace ment de la partie du vilebrequin 28 qui tourillonne dans les paliers principaux tandis que le cercle 38 en trait plein montre l'emplacement du maneton qui est excentré par rapport à ladite partie du vilebrequin, les axes respectifs du vilebrequin et du maneton étant indiqués en 36a et 3baO Une bague excentrée 40, dont l'excentricité provient de la variation progressive de la paroi, est montée de façon tournante sur le maneton 38, cette bague consistant en deux sections 40a et 40b qui sont maintenues assemblées l'une à l'autre le long des lignes 42 par le palier terminal 26a du vilebrequin 26, palier dans lequel la bague excentrée 40 est supportée de façon tournante.Le palier terminal 2ba est, de meme, formé de deux sections boulonnées l'une a' l'autre Avec l'agencement que l'on vient de décrire, on comprendra qu'un déplacement angulaire relatif de la bague excentrée 40 et du maneton 38 se traduit par une variation de l'excentricité totale affectant la longueur de la course de la bielle 26 et, par conséquent, du piston 24o Comme on peut le voir sur les dessins, le degré de ce déplacement relatif est limité, le moyen servant å cette limitation comprenart, dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, une clavette cylindrique 44 disposée de façon amovible dans l'espace qui est défini, entre le maneton 38 et la bague excentrée 40, par une zone dégagée ou évidement 46 s'étendant le long d'un arc de cercle de la circonférence extérieure du maneton, et une zone dégagée ou évidement 48 s'étendant le long d'un arc de cercle de la circonférence in extérieure de la bague excentrée.La profondeur de chacun des deux évidements correspond sensiblement è la moitié du diamètre de la clavette 44, c'est-à-dire, en d'autres termes, que le diametre de cette clavette dépasse la profondeur de l'un ou l'autre des évidements 46 ou 48 de sorte que tout déplacement relatif angulaire ayant lieu entre le maneton 38 et la bague excentrée 40 lors de la rotation initiale du vilebrequin dans l'un ou l'autre sens, peut être arrSté par suite de la enue en contact de la clavette 44 avec une des surfaces d'ex- extrémité opposées des deux évidements 46, 48, une continuation ultérieure de la rotation du vilebrequin dans le même sens ayant pour effet d'entrainer la bague excentrée 40 sans qu'un autre déplacement angulaire rotatif se produise entre cette bague et le maneton 38e La clavette 44 et les surfaces d'extrémité des évidements 4t, 4b forment donc, en fait, un moyen d'accouplement présentant une quantité prédéterminée de jeu qui permet à un déplacement angulaire relatif limité, modifiant l'excentricité, de se produire entre le maneton et la bague excentrée pendant une partie initiale de la rotation du vilebrequin à la suite de chaque inversion de son sens de rotation, ce moyen d'accouplement obligeant, après ce déplacement relatif limité, la bague excentrée b se déplacer avec le maneton sans qu'un autre déplacement relatif ait lieu entre cette bague et ce maneton0 En se référant maintenant à la figure 4, on voit que l'on y a représenté la façon suivant laquelle les déplacements angulaires relatifs de la bague excentrée 40 et du maneton 38 modifient la longueur de la course du piston 24. Sur la figure 4A, le maneton et la bague excentrée sont représentés dans la position de point mort haut et avec le maneton se déplaçant dans le sens des aiguilles d'une montre comme indiqué par la flèche. La figure 4B montre les mimes pièces dans une position de point mort bas et se déplaçant encore dans le sens des aiguilles d'une montre. Les lignes de projection 50 en traits interrompus, dirigées vers le centre de la figure, indiquent la longueur de course maximale obtenue lors d'une rotation, dans le sens des aiguilles d'une montre, du vilebrequin conjointement avec son maneton 38o Si le compresseur est stoppé puis remis en marche en étant entraîné en sens opposé par le moteur électrique réversible 16, le maneton 38 tourne tout d'abord dans la bague excentrée 40 en sens inverse des aiguilles-d'une montre jusque ce que la clavette 44 atteigne et rencontre la surface d'extrémité ou épaulement opposé de l'évidement 48 de la bague 40, comme représenté sur la figure 4C, et toute autre rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre entraine en même temps la bague excentrée 40 de manière que celle-ci se déplace conjointement avec le maneton 38, comme indiqué sur la figure 4Do On peut voir sur la figure 4 que cette inversion de sens de la rotation du vilebrequin et le déplacement angulaire relatif consécutif entre le maneton et la bague excentrée se traduisent par une diminution de la longueur de la course0 Une inversion subséquente de la rotation du vilebrequin augmente de nouveau la longueur de la course, comme on peut le voir sur la partie gauche de la figure 4. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, une clavette 60 est fixée au maneton 62 et fait saillie radialement depuis ce dernier jusque dans un évidement 66 qui est formé, sur un arc de cercle prédéterminé, dans la circonfe- rence intérieure de la bague excentrée 64 et définit, conjointement avec une partie de la circonférence extérieure du maneton 62, un espace courbe dans lequel la partie saillante de la clavette 60 peut se déplacer.On peut concevoir que l'agencement pourrait être inversé en ce sens que l'on obtiendrait un évidement similaire à l'évidement 66 dans la circonférence extérieure du maneton 62 et que l'on fixerait une clavette similaire à la clavette 60 à la bague excentrée 60 de sorte qu'une partie de cette clavette s'étendrait radialement depuis la circonférence inférieure de la bague jusque dans ltévide- ment du manetons Pour réduire à un minimum l'usure et les arrachements résultant des chocs se produisant lorsque le jeu du moyen d'accouplement, entre le maneton et la bague excentrée, est absorbé, on prend des dispositions pour amortir ces chocs.Dans le mode de réalisation selon les figures 5 et 6, le moyen utilisé pour amortir les chocs comprend des passages 68 formés dans le maneton 62 et s'étendant depuis le passage 34 d'alimentation en lubrifiant (mentionné précédemment) radialement dans des directions opposées à la surface périphérique extérieure du maneton. Un autre passage 70 formé dans la bague excentrée 64 est prévu pour permettre au lubrifiant de s'écouler de ltes- pace courbe 66 jusqu'aux surfaces de portée entre la bague excentrée et le palier d'extrémité de la bielle 26.Les passages 68 et 70 sont formés de manière a' mettre en communication fluidique l'espace courbe 66 avec la réserve de lubrifiant ainsi qu'avec les surfaces de portée durant toute la rotation du vilebrequin tout en entravant l'écoulement du lubrifiant k partir de l'espace courbe 66 pendant une partie initiale de la rotation du vilebrequin faisant immédiatement suite à une inversion de sens de cette rotation, un effet de freinage amortissant les chocs de la manière que l'on va décrire ciaprès0 On va supposer que le compresseur a été arr & é, la clavette 60 se trouvant k la position représentée sur la figure 5, et qu'il est maintenant remis en marche avec le vilehrequin tournant dans le sens des aiguilles d'une montre. Lorsque le maneton commence à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre dans la bague excentrée encore immobile, la clavette 60 pousse devant elle huile présente dans l'espace courbe 66 et la refoule k travers le passage 70 ainsi que dans le passage d'huile 680 Quand la clavette a été déplacée au-dela du passage 70 et que le passage ménagé dans le maneton cesse de coTncider avec l'espace 66, I'hile restant dans cet espace, en avant de la clavette 60, ne peut s'échapper qu'k travers les jeux normaux du dispositif, en rencontrant de ce fait une forte résistance à l'écoulement, résistance qui produit l'effet d'amortissement mentionné ci-dessus. Quand 7a totalité de l'huile présente en avant de la clavette 60 a étd refoulée lentement de l'espace 66 à travers ces jeux, la clavette atteint l'extrémité opposée de l'espace 66 et vient porter doucement contre la surface d'extrémité adjacente de l'évide- ment de la bague excentrée0 En mUme temps, l'extrémité opposée du passage 68 est venue en regard de l'espace 66, ce qui rétablit un écoulement normal du lubrifiant depuis le passage 34 jusque dans l'espace 6b0 Quand on arrête de nouveau le compresseur et qu'on le remet en marche en sens opposé, la mme séquence a lieu 'a à Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, on obtient un amortissement des chocs au moyen de la clavette 44 qui est réalisée de manière B présenter un degré suffisant d'élasticité pour absorber les forces des chocs. C'est ainsi que la clavette 44, comme on peut le voir, se présente sous la forme d'un ressort hélicoSdal qui amortit efficacement les chocs dus à l'absorption du jeu du moyen d'accouplement entre le maneton 38 et la bague excentrée 40o On peut concevoir qul- une clavette consistant en un élément cylindrique formé par un élastomère approprié, suffisamment résistant à la chaleur, solide et élastique, pourrait cotre utilisée k la place dXun ressort hélicoSdalO Si on le désire, le maneton 3V et la bague excentrée 40 du mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3 peuvent être pourvus, comme indiqué dans ce qui précède, de passages respectifs 68a et 70a permettant d'obtenir un effet d'amortissement d'une manière similaire k celle décrite précédemment0 Cet effet d'amortissemeat, bien que n'étant probablement pas nécessaire dans la plupart des cas où l'on a recours au mode de réalisation utilisant la clavette élastique 44 seconderait cette clavette dans sa fonction d'amortissement des chocs. Comme on l'a mentionné précédemment, l'invention peut titre appliquée tant aux compresseurs du type monocylindrique qu'aux compresseurs du type multicylindrique, le compresseur auquel elle a été appliquée dans le présent exposé comportant deux cylindres. En se référant à ce sujet aux figures 3 et 6, on voit que l'on peut facilement adapter l'agencement selon la présente invention pour l'utiliser avec des cylindres multiples en ayant recours à un maneton et une bague excentrée ayant des dimensions axiales suffisantes pour supporter les paliers d'extrémité de toutes les bielles disposées côte à côte en alignement axial, Grâce à cette disposition, la bague unique 40 ou 64 sert à régler la longueur de course de toutes les bielles 26 simultanément. On comprendra que le degré de réduction de course peut varier d'un cas à l'autre en fonction du degré d'excentricité de la bague excentrique choisie pour autre utilisée. Un exemple serait une.réduction de course d'environ 30 ffi par exemple. Avec une longueur d'unité de course de forte valeur et avec un rapport de jeu de 5 % par exemple, cette réduction de course de 30 fio, quand elle a lieu par inversion du sens de fonctionnement du compresseur, se traduit par un nouveau rapport de jeu de 28,6 % pour la longueur de course réduite. On comprendra, et ceci apparant sur la figure 4 qu'avec l'agencement représenté la réduction de la longueur de la course a lieu à la fois à la position de point mort haut et k la position de point mort bas. Un dispositif de commande convenant particulièrement pour commander et inverser un compresseur de réfrigération hermétique tel que celui décrit dans le présent exposé, quand il est utilisé spécialement avec des pompes à chaleur, est décrit et est revendiqué dans la demande de brevet déposée ce méme jour pour : "Groupe motocompresseur de réfrigération k capacité multiple avec dispositif de commande." RrÀNI CJLT IONS 1. Compresseur de réfrigération hermétique à double capacité comprenant un vilebrequin rotatif comportant un maneton qui est excentré par rapport au vilebrequin, un moteur réversible pour entraîner le vilebrequin dans l'un et l'autre sens de rotation, au moins un cylindre dans lequel se trouve un piston relié au vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle comportant un palier d'extrémité entourant le maneton, et un moyen de réglage de course de piston pour modifier automatiquement la longueur de course dû piston lors de chaque inversion de sens de rotation du vilebrequin, caractérisé par le fait que ledit moyen de réglage de course de piston comprend une bague excentrée (40 ou 64) supportée de façon tournante par ledit maneton (38 ou 62) et tournant dans ledit palier d'extrémité (26a) de la bielle (26), un moyen d'accouplement (44, 46, 48 ou 60, 66) interposé entre le maneton et la bague excentrée de manière que cette dernière, pendant la rotation du vilebrequin, se déplace conjointement avec le maneton sans qu'aucun déplacement angulaire relatif ait lieu entre le maneton et la bague, ledit moyen d'accouplement présentant une quantité prédéterminée de jeu permettant à un déplacement relatif angulaire limité, modifiant 11 excentricité, de se produire entre le maneton et la bague excentrée, pendant une partie initiale de la rotation du vilebrequin à la suite de chaque inversion de sens de rotation de celui-ci, et un moyen (44 ou 68) ayant pour effet, pendant ladite partie initiale de la rotation du vilebrequin, d'amortir les chocs qui se produiraient sans cela lors de l'absorption de ladite quantité prédéterminée de jeu. 2. Compresseur de réfrigération hermétique à double capacité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit maneton (38) comprend une région évidée (46) le long d'un arc de cercle de sa circonférence extérieure et que ladite bague excentrée (44) comprend une zone évidée similaire (48) le long d'un arc de cercle de sa circonference intrieure, lesdites zones évidées coopérant de manière à délimiter un espace courbe dans lequel est disposée une clavette cylindrique (44) dont l'axe longitudinal est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du maneton et dont le diamètre dépasse la profondeur de l'une ou l'autre desdites zones évidées, ladite clavette cylindrique pouvant être déplacée dans ledit espace entre les surfaces d'extrémité desdites zones évidées et formant, conjointement avec lesdites surfaces d'extrémité, ledit moyen d'accouplement. 3. Compresseur de réfrigération hermétique à double capacité selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite clavette cylindrique (44) est élastique et forme le moyen d'amortissement de chocs, 4. Compresseur de réfrigération hermétique à double capacité selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite clavette cylindrique (44) est un ressort hélicofdalo 50 Compresseur de réfrigération hermétique k double capacité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un des éléments constituant ledit maneton (62) et la bague excentrée (64) eomporte un évidement (66) qui est formé dans un arc de cercle de la circonférence extérieure ou de la circonférence intérieure de ces éléments, cet évidement, conjointement avec la circonférence intérieure ou exterieure de l'autre élément, délimitant un espace courbe, ledit autre élément supportant une clavette (60), dont une partie fait saillie jusque dans ledit espace courbe, et pouvant autre déplacé dans ce dernier entre les surfaces d'extrémité opposées dudit évidement, ladite clavette et lesdites surfaces d'extrémité de l'évidement coopérant de manière à former ledit moyen d'accouplement. u. Compresseur de réfrigération hermétique à double capacité suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, 4 ou 5, caractérise par le fait que ledit maneton (38 ou t2) comporte des passages (b6a ou b) qui y sont formés et qui y sont disposés de manière a maintenir ledit passage courbe (46, 48 ou bb) en communication fluidique avec une réserve de lubrifiant t34) pendant la rotation du vilebrequin et de manière à entraver l'écoulement du lubrifiant provenant dudit espace courbe et å produire ainsi un effet de freinage amortissant les chocs dans la dernière fraction de ladite partie initiale de la rotation du vilebrequin a la suite de chaque inversion de sens de rotation de ce dernier. 7o Compresseur de réfrigération hermétique k double capacité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qutil comprend au moins un cylindre supplementaire dans lequel se trouve un piston relié audit vilebrequin par l'intermédiaire dune bielle comportant un palier d'extrémité, caractérisé par le fait que ledit maneton (38 ou 62) et ladite bague excentrée (40) se trouant sur ce dernier ont une dimension axiale suffisante pour recevoir les paliers d'extrémité (26a) de toutes les bielles (26), lesdits paliers d'extrémisé étant disposés cote è eOte en alignement axial l'un avec l'autre et entourant la bague excentrée,