Brevet FR2524574A1 — publié le 19831007

La présente invention concerne un compresseur d'air à piston alternatif, comportant des lumières mé- nagées dans l'enveloppe de cylindre et commandées par le piston pour l'introduction d'air précomprimé ainsi qu'au moins une soupape d'échappement placée dans la culasse pour évacuer l'air comprimé et une seconde sou- pape disposée dans la culasse et reliant le volume de cylindre à l'atmosphère extérieure. Un compresseur d'air de ce genre est connu d'après le brevet allemand DE 304 021 Dans ce com- presseurd'air la précompression s'effectue dans une chambre placée sur le côté arrière du piston et on ne peut obtenir qu'un faible degré de compression La sou- pape disposée dans la culasse et reliant le volume de cylindre à l'atmosphère extérieure est un reniflard sollicité par ressort et qui s'ouvre pendant la course de retour du piston seulement lorsque la pression dans le volume de cylindre est plus faible que la pression extérieure. L'invention a pour but d'augmenter le débit du compresseur et la pression finale de l'air compri- mé, notamment en association avec un meilleur rende- ment volumétrique. Ce problème est résolu en ce que l'air est précomprimé par un turbocompresseur et en ce que la seconde soupape est commandée en tant que soupape de régulation en fonction de l'angle du vilebrequin de telle sorte que, pendant la cource de retour du pis- ton, elle s'ouvre entre la fermeture de la soupape d'échappement et l'ouverture des lumières et relie alors le volume de cylindre avec un volume mort ad- ditionnel relié quant à lui à l'atmosphère extérieure. Grâce à l'utilisation d'un turbocompresseur, on peut-atteindre un taux de précompression bien supé- rieur à celui du compresseur d'air connu La sollici- -2- tation thermique supérieure pouvant en résulter et qui peut surtout avoir une influence défavorable sur le rendement du compresseur d'air, est réduite conformé- ment à l'invention en ce que l'air chaud comprimé res- tant dans le volume de cylindre au début de la course de retour du piston et après fermeture de la soupape d'échappement est déchargé par l'intermédiaire de la soupape de régulation ouverte dans le volume mort ad- ditionnel et en ce que, pendant la course de retour suivante, de l'air plus froid est aspiré par l'inter- médiaire de la soupape de régulation jusqu'à ce que, après ouverture des lumières, l'air précomprimé pénè- tre dans le volume de cylindre Le remplacement de l'air chaud par l'air plus froid et le refroidisse- ment de l'enveloppe de cylindre en résultant augmen- tent le degré de remplissage du cylindre et par con- séquent le rendement de la puissance du compresseur d'air. Selon une autre particularité de l'inven- tion, lors d'un fonctionnement à vide du compresseur d'air, la soupape de régulation est ouverte en perma- nence et des soupapes d'arrêt ferment d'une part le conduit de liaison entre le turbo-compresseur et le compresseur d'air et d'autre part le conduit de liai- son du volume mort additionnel avec l'atmosphère exté- rieure; le volume mort de cylindre et le volume mort additionnel qui lui est relié par la soupape de régu- lation ouverte sont alors suffisamment grands pour qu'il ne puisse se produire pratiquement aucune com- pression de l'air qu'ils renferment et ainsi l'absorp- tion d'énergie par le compresseur d'air pendant le fonctionnement à vide est très faible. Selon encore une autre particularité de l'invention, le compresseur d'air se compose de plu- sieurs cylindres de même structure dans lesquels l'air -3- peut être comprimé de façon étagée sans interposition d'un refroidisseur d'air et le cas échéant avec inter- position d'un réservoir de stockage, il est ainsi pos- sible d'atteindre, par une compression étagée de l'air, des pressions élevées sans qu'il soit nécessaire d'in- terposer un refroidisseur d'air coûteux La limitation de température de l'air comprimé qui peut être obtenue grâce à l'invention est si rnportante que la compression de l'air à haute pression est effectuée avec un bon ren- dement volumétrique et que la température finale de l'air reste en dessous de valeurs déterminées prescrites lors de l'utilisation sur un véhicule automobile. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente schématiquement un exemple de réalisation de l'inven- tion. Sur un moteur à combustion interne 1 est monté un turbocompresseur 2 entraîné par ses gaz d'échappement et qui fournit de l'air frais au moteur par l'intermé- diaire d'un conduit 3 et de l'air précomprimé à un com- presseur d'air 5 par l'intermédiaire d'un conduit 4 dé- rivé du conduit 3 Cet air précomprimé pénètre, par l'in- termédiaire de lumières 7 ménagées dans l'enveloppe de cylindre 8 et commandées par le piston alternatif 6 du compresseur 5, dans le volume de cylindre 9 et il est encore comprimé dans la course de travail du piston 6. Lorsqu'une pression déterminée est atteinte, des soupapes d'échappement 10, agencées sous forme de clapets anti- retour et placées dans la culasse 11, s'ouvrent de sorte que l'air comprimé est transféré par l'intermédiaire d'un conduit 12 dansun réservoir de stockage 13. A peu près au début de la course de retour du piston 6, c'est-à-dire à peu près dans la position de -4- piston représentée sur le dessin, il s'établit un équi- libre de pression entre le volume de cylindre 9 et le conduit 12 de sorte que les soupapes d'échappement 10 se ferment Simultanément, un capteur inductif 15 est actionné, en fonction de l'angle de rotation du compresseur d'air 5, par un disque de commande 14 monté sur son vilebrequin de sorte que le capteur applique un signal à un régulateur de commande 16 Celui-ci com- mande un électro-aimant de commande 17 qui ouvre une soupape de régulation 18 montée dans la culasse 11 Pour un angle de rotation déterminé, qui correspond à peu près au début de l'ouverture des lumières 7 par le pis- ton 6, le capteur 15 produit un autre signal qui permet au régulateur de commande 16 de fermer la soupape de régulation 18. Pendant l'ouverture de la soupape de régula- tion 18, le volume de cylindre 9 est relié par l'inter- médiaire d'un conduit 19 à un volume mort additionnel , qui est quant à lui relié par l'intermédiaire d'un conduit 21 et d'un filtre 22 à l'atmosphère extérieure. L'air comprimé chaud subsistant à la fin de la course de travail du piston 6 dans le volume de cylindre 9, n'ayant pas été évacué dans le conduit 12, s'écoule dans le volume mort additionnel 20 lors de l'ouverture de la soupape de régulation 18 alors que, pendant la course ultérieure de retour du piston 6, de l'air plus froid est aspiré dans le volume de cylindre 9 par l'intermé- diaire de la soupape de régulation 18 Ainsi, l'énergie contenant dans cet air comprimé est évidemment perdue mais cependant le remplacement de l'air chaud par de l'air plus froid et le refroidissement correspondant de l'enveloppe de cylindre 8 garantissent un meilleur rem- plissage du volume de cylindre 9, ce qui permet d'obte- nir un plus grand débit et également un meilleur rende- ment. -5- Lorsque la pression de service est atteinte dans le réservoir de stockage 13, le régulateur de com- mande 16 reçoit un signal en provenance d'un contacteur sensible à la pression 23 Celui-ci commande deux soupa- pes d'arrêt 24 et 25 branchées dans les conduits 4 et 21 et qui sont ainsi fermées Simultanément, la soupape de régulation 18 est amenée dans une position d'ouverture permanente Le compresseur d'air 5 fonctionne maintenant en marche à vide, la liaison du volume mort additionnel 20 avec la chambre de cylindre 9 ayant pour conséquence un très faible travail de compression et de ce fait une faible perte de puissance au compresseur 5. D'une manière non représentée, le compresseur d'air peut comporter plusieurs cylindres dans lesquels de l'air est comprimé de façon étagée Avec cet agence- ment, il est possible de produire de l'air fortement com- primé sans utilisation de refroidisseurs d'air En plus d'un réservoir de stockage de l'air fortement comprimé, on peut prévoir un autre réservoir servant à emmagasiner l'air comprimé à pression intermédiaire par le premier cylindre. -6- REVENDICATIONS 1. Compresseur d'air à piston alternatif, comportant des lumières ménagées dans l'enveloppe de cylindre et commandées par le piston pour l'introduc- tion d'air précomprimé ainsi qu'au moins une soupape d'échappement placée dans la culasse pour évacuer l'air comprimé et une seconde soupape disposée dans la culasse et reliant le volume de-cylindre à l'atmosphère exté- rieure, caractérisé en ce que l'air est précomprimé par un turbocompresseur ( 2) et en ce que la seconde soupape est commandée en tant que soupape de régulation ( 18) en fonction de l'angle du vilebrequin de telle sorte que, pendant la course de retour du piston, elle s'ouvre en- tre la fermeture de la soupape d'échappement ( 10) et l'ouverture des lumières ( 7) et relie alors le volume de cylindre ( 9) avec un volume mort additionnel ( 20) relié quant à lui à l'atmosphère extérieure. 2. Compresseur d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors d'un fonctionnement à vide du compresseur d'air ( 5), la soupape de régulation ( 18) est ouverte en permanence et des soupapes d'arrêt ( 24, 25) ferment d'une part le conduit ( 4) de liaison entre le turbocompresseur ( 2) et le compresseur d'air ( 5) et d'autre part le conduit ( 21) de liaison du volume mort additionnel ( 20) avec l'atmosphère. 3 Compresseur d'air selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce qu'il se compose de plusieurs cylindres de même structure dans lesquels l'air peut être comprimé de façon étagée sans interposition d'un refroidisseur d'air et le cas échéant avec inter- position d'un réservoir de stockage.