Brevet FR2559845A1 — publié le 19850823

Compresseur de type à plaque oscillante, muni d'un méca- nisme de réglage de capacité " L'invention concerne un compresseur de réfrigé- rant de type à plaque oscillante, muni d'un mécanisme de réglage de capacité, ce compresseur étant plus particulière- ment destiné à être utilisé dans un système de conditionne- ment d'air. En général, dans un appareil de conditionnement d'air, la commande thermique est obtenue par un fonctionne- ment intermittent du compresseur en réponse à un signal provenant d'un thermostat placé dans la pièce à refroidir. Lorsque la température de la pièce a été abaissée à la tem- pérature voulue, la capacité de refroidissement du système de conditionnement d'air n'a généralement plus besoin d'être très grande pour assurer le refroidissement supplé- mentaire dû à d'autres variations de température de la pièce, ou pour maintenir la pièce à la température voulue. Par suite, lorsque la pièce a été refroidie à la température voulue, la technique la plus couramment utilisée pour commander la sortie du compresseur consiste à le faire fonctionner de manière intermittente. Cependant, ce fonctionnement intermittent du compresseur a pour résul- tat l'application intermittente d'une charge relativement importante au mécanisme d'entraînement du compresseur pour faire fonctionner celui-ci. Dans les compresseurs de conditionnement d'air d'automobiles, le compresseur est entraîné par le moteur 25598 45 de l'automobile par l'intermédiaire d'un embrayage électro- magnétique. Ces compresseurs de conditionnement d'air d'automobiles ont à faire face aux mêmes problèmes de charge intermittente que ceux décrits ci-dessus, lorsque la cabine des passagers atteint la température voulue. La commande du compresseur s'obtient normalement par un fonctionnement intermittent du compresseur grâce à l'embrayage électroma- gnétique couplant le moteur de l'automobile à ce compres- seur. Ainsi, la charge relativement importante nécessaire pour entraîner le compresseur, est appliquée de manière intermittente au moteur de l'automobile. De plus, comme le compresseur de conditionne- ment d'air d'une automobile est entrainé par le moteur de cette automobile, la vitesse de rotation du mécanisme d'entraînement varie d'un moment à un autre, ce qui fait varier la capacité de refroidissement proportionnellement à la vitesse de rotation du moteur. Comme la capacité de l'évaporateur et du condenseur du sytème de conditionnement d'air ne varient pas, le compresseur effectue un travail inutile lorsqu'il est entraîné à grande vitesse. Pour évi- ter ce travail inuile, les compresseurs de conditionnement d'air d'automobiles selon l'art antérieur, sont souvent commandés par un fonctionnement intermittent de l'embrayage électromagnétique. Cependant, cela conduit encore à appli- quer une charge importante, de manière intermittente, au moteur de l'automobile. Une solution aux problèmes ci-dessus consiste à commander la capacité du compresseur en fonction des besoins de refroidissement. L'une des constructions permettant de régler la capacité du compresseur, en particulier dans le cas d'un compresseur de type à plaque oscillante, est décrite dans le brevet U.S.A. nO 3 861 829 déposé par ROBERTS et Cie. Dans ce brevet de l'art antérieur, est dé- crit un compresseur de type à plaque oscillante utilisant un dispositif d'entraînement de rotor de came pour entrai- ner respectivement un certain nombre de pistons, et pour faire varier la pente d'une surface inclinée du rotor de came de manière à modifier la longueur de course des pis- tons. Comme la longueur de course des pistons à l'intérieur des cylindres est directement liée à l'angle de pente de la surface inclinée, le déplacement du compresseur se règle facilement en faisant varier cet angle de pente. Dans ces compresseurs de type à plaque oscil- lante selon l'art antérieur, munis d'un mécanisme de réglage de capacité, le compresseur doit être muni d'un dispositif anti-rotation de la plaque oscillante. Un mécanisme anti- rotation bien connu est décrit dans le brevet U.S.A. no Re. 27.844 déposé par OLSON. Le mécanisme anti-rotation décrit dans ce brevet de l'art antérieur, comprend une paire d'engrenages coniques dont l'un est fixé au centre de la plaque oscillante et dont l'autre est monté sur le carter, un élément à bille venant se loger dans une partie de siège formée sur la partie centrale de chaque engrenage conique. Par suite. la plaque oscillante est supportée par l'élément à bille et se rotation est empêchée par l'engagement des engrenages coniques, tandis que son mouvement de mutation est permis le long de la surface de la bille. Cependant, étant donné que dans le compresseur de type à plaque oscil- lante muni d'un mécanisme de réglage de capacité décrit ci- dessus, il faudrait pouvoir faire varier l'angle d'incli- naison de la plaque oscillante suivant les besoins de refroidissement, la paire d'engrenages coniques ne peut s'utiliser en mécanisme anti-rotation. Par suite, une liaison à tige de goupille est généralement prévue dans le compresseur à plaque oscillante pour servir de mécanisme anti-rotation. Dans ce mécanisme, la plaque oscillante est montée sur l'élément à bille ou sur l'arbre d'entraînement, mais la rotation de la plaque oscillante est empêchée par une tige fixée à l'extrémité inférieure de la plaque oscillante. Cette tige est montée en glissement dans une rainure axiale formée dans une paroi intérieure du carter de compresseur. Dans cette disposition, la tige va et vient le long de la rainure avec un frotte- ment de glissement considérable entre cette tige et la rainure, en introduisant ainsi une perte de puissance. En particulier, comme le frottement de glissement varie en fonction de la plage de déplacement de la plaque oscillante, la vitesse angulaire d'oscillation devant être transmise à la plaque oscillante, n'est pas maintenue constante pendant la variation de l'angle d'inclinaison de la plaque oscil- lante. De plus, la tige est soumise à une force indésirable de sorte que sa fiabilité et celle du bloc de compresseur dans son ensemble, se dégradent, le carter du compresseur devant nécessairement être grand du fait que la rainure doit être formée dedans. L'invention a pour principal but de pallier ces inconvénients en créant un compresseur de réfrigérant per- fectionné muni d'un mécanisme de réglage de capacité à mécanisme anti-rotation présentant une haute fiabilité. L'invention a également pour but de créer un compresseur de réfrigérant muni d'un mécanisme de réglage de capacité, dans lequel la vitesse angulaire de la plaque oscillante est maintenue constante lorsqu'on fait varier l'angle d'inclinaison de celle-ci. L'invention a enfin pour but d'atteindre les résultats ci-dessus au moyen d'une construction simple. A cet effet, l'invention concerne un compres- seur de réfrigérant comprenant un carter de compresseur muni d'un bloc de cylindre à plusieurs cylindres et d'une chambre de manivelle placée au voisinage de ce bloc de cylindre, un piston monté en glissement dans chacun des cylindres pour aller et venir sous l'action d'une plaque de clapotis entraînée par un arbre d'entraînement d'entrée, une plaque d'extrémité avant montée sur le carter de com- presseur et comprenant un palier destiné à supporter en rotation l'arbre d'entratnement d'entrée, une plaque d'ex- trémité arrière placée à l'extrémité opposée du carter de compresseur et comportant une chambre d'aspiration et-une chambre d'échappement et des moyens de passage assurant la communication entre la chambre de manivelle et la chambre d'aspiration, l'ouverture et la fermeture de ces moyens de passage étant commandées par des moyens de pointeau, com- presseur caractérisé en ce que la plaque de clapotis est supportée en nutation sur l'arbre d'entraînement d'entrée par un coussinet sphérique, et entraînée par l'arbre d'entraInement d'entrée par l'intermédiaire d'un mécanisme d'articulation de liaison permettant de faire varier l'angle d'inclinaison de la surface inclinée de la plaque de clapo- tis en réponse aux variations de pression dans la chambre de manivelle. L'invention sera décrite en détail en se réfé- rant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un compresseur de réfrigérant selon une forme préférée de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est une vue en coupe d'une varian- te de la figure 1, destinée à illustrer la position d'angle minimum de la plaque oscillante. La figure 1 représente un compresseur de réfri- gérant selon l'invention, repréré d'une façon générale par la référence 1. Ce compresseur 1 comprend un ensesmble de carter de cylindre fermé 10 constitué par un bottier annu- laire 11 muni d'un bloc de cylindre 111 dans sa partie latérale, d'une partie creuse formant une chambre de mani- velle 112 dans sa plaque d'extrémité avant 12 et d'une plaque d'extrémité arrière 13. La plaque d'extrémité avant 12 est montée sur l'ouverture d'extrémité gauche du bottier annulaire 11 pour fermer l'ouverture d'extrémité de la chambre de manivelle 112, et se fixe sur le boitier l.par un certain nombre de boulons (non représentés). La plaque d'extrémité arrière 13 et une plaque de soupape 14 sont montées sur l'autre extrémité du boîtier 11 par un certain nombre de boulons (non représenté) de manière à recouvrir la partie d'extré- mité du bloc de cylindre 111. Une ouverture 121 est percée dans la plaque d'extrémité avant 12 pour recevoir un arbre d'entraînement 15. Un manchon annulaire 122 fait saillie sur la surface d'extrémité avant de la plaque d'extrémité avant 12, et entoure l'arbre d'entraînement 15 pour former une cavité d'étanchéité d'arbre 16. Un ensemble d'étanchéi- té d'arbre 17 est monté sur l'arbre d'entraînement 15 à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbre 16. L'arbre d'entraînement 15 est supporté en rotation par la plaque d'extrémité avant 12 grace à un pa- lier de roulement 39 monté dans l'ouverture 121. L'extré- mité intérieure de l'arbre d'entraînement 15 est munie d'une plaque de rotor 18. Un palier de butée à aiguilles 19 est monté entre la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 12 et la surface d'extrémité axiale adjacente de la plaque de rotor 18, de manière à recevoir l'effort de poussée agissant sur la plaque de rotor 18, et à donner un mouvement de rotation doux. L'ex- trémité extérieur de l'arbre d'entraînement 15 sortant du manchon 122, est entraînée par le moteur du véhicule grâce à un dispositif de poulie classique. L'extrémité intérieure de l'arbre d'entraînement 15 pénètre dans le trou central illa formé dans la partie centrale du bloc de cylindre 111, et se trouve supportée en rotation dans celui-ci par un palier tel qu'un roulement à aiguilles 20. La position de l'arbre d'entraînement 15 peut se régler en vissant une vis de réglage 21 dans la partie filetée du trou central lîla, et un dispositif de ressort 22 est monté entre la surface d'extrémité axiale de l'arbre d'entraînement 15 et la vis de réglage 21. Un palier de butée à aiguilles 40 est monté entre l'arbre d'entraînement 15 et le dispositif de ressort pour assurer une rotation douce de l'arbre d'entraine- ment 15. Un coussinet sphérique 23 placé entre la plaque de rotor 18 et l'extrémité intérieure du bloc de cylindre 111, est monté en glissement sur l'arbre d'entraînement 15 et supporte en nutation une plaque d!isolement 24, de ma- nière à permettre le mouvement de rotation. Le coussinet sphérique 23 est généralement poussé vers le bloc de cylin- dre 111 par le ressort hélicoidal 25 monté entre la surface d'extrémité de la plaque de rotor 18 et une surface d'extré- mité axiale du coussinet 23, de manière à entourer l'arbre d'entraînement 15. La plaque d'isolement 24 est reliée à la plaque de rotor 18 par un mécanisme d'articulation de liaison, c'est-à-dire que la plaque de rotor 18 comporte une partie de bras 181 faisant saillie axialement vers l'extérieur sur une face latérale de cette plaque 18, et que la plaque d.'iso- lement 24 comporte également une seconde partie de bras 241 faisant saillie sur une face latérale de cette plaque, en direction de la partie de bras 181 de la plaque de rotor 18. Dans cette forme de réalisation, comme indiqué sur la figure 1, la seconde partie de bras 241 est formée séparé- ment de la plaque d'isolement 24 et se fixe sur une face latérale de celle-ci. Les deux parties de bras 181, 241 se recouvrent l'une l'autre et se relient par une tige 26 pénétrant dans un trou rectangulaire 182 traversant la partie de bras 181 de la plaque de rotor 18, et dans un trou 242 traversant la seconde partie de bras 241 de la plaque d'isolement 24, ce qui permet ainsi de relier de manière articulée la plaque de rotor 18 à la plaque d'iso- lement 24. Dans cette construction, la tige 26 est montée en glissement dans le trou rectangulaire 182, de sorte que le mouvement de glissement de la tige 26 permet de faire varier l'angle d'inclinaison de la surface inclinée de la plaque de clapotis. Le bloc de cylindre 111 comporte un certain nombre de cylindres disposés annulairement 27, dans les- quels glissent les pistons 28. Une disposition typique comporte cinq cylindres, mais on peut utiliser un plus grand nombre ou un plus petit nombre de cylindres. Chacun des pistons 28 comprend une partie de tête montée en glis- sement dans le cylindre 27, et une partie de liaison 282. La partie de liaison 282 de chaque piston 28 comporte une découpe 282a enjambant la partie périphérique de la plaque d'isolement 24. Des semelles de butée semi-sphériques 29 sont disposées contre les faces latérales de la plaque de clapotis 24 et viennent en face de la surface intérieure de la partie de liaison 282, de manière à glisser le long de la surface latérale de la plaque d'isolement 24. La rotation de l'arbre d'entraînement 15 provoque le déplace- ment axial de la surface inclinée vers la droite et vers la gauche sous l'action de la plaque d'isolement 24, ce qui fait aller et venir les pistons 28 dans les cylindres 27. La plaque d'extrémité arrière 13 est formée de manière à définir une chambre d'aspiration 30 et une cham- bre d'échappement 31. L'élément de plaque de soupape 14 fixé à l'extrémité du bloc de cylindre 111 par la vis, de même que la plaque d'extrémité arrière 13, sont munis d'un certain nombre d'orifices d'aspiration à soupapes 141 bran- chés entre la chambre d'aspiration 30 et les cylindres res- pectifs 27, et d'un certain nombre d'orifices d'échappement à soupapes 142 branchés entre la chambre d'échappement 31 et les cylindres respectifs 27. Des soupapes à anche conve- nables montées dans les orifices d'aspiration 141 et dans les orifices d'échappement 142 sont décrites dans le brevet U.S.A. n 4 011 029. Des garnitures 32, 33 sont montées entre le bloc de cylindre 111 et la plaque de soupape 14, et entre cette plaque 14 et la plaque d'extrémité arrière 13, pour assurer l'étanchéité des surfaces correspondantes du bloc de cylindre, de la plaque de soupape et de la pla- que d'extrémité arrière. Comme indiqué dans la partie inférieure droite de la figure 1, la chambre de manivelle 112 et la chambre d'aspiration 30 sont reliées par le passage 35 comprenant une ouverture 351 traversant la plaque de soupape 14, les garnitures 32, 33 et le trou 352 percé dans le bloc de cylindre 121. Un élément d'accouplement 36 percé d'une petite ouverture 361, est placé sur une ouverture d'extré- mité du trou 352 venant en face de la chambre de manivelle 122, et un élément de soufflet 37 muni d'un pointeau 371, contenant le gaz, est placé dans le trou 352. L'ouverture et la fermeture de la petite ouverture 361 branchée entre la chambre de manivelle 112 et le trou 35 sont commandées par le pointeau 371, et la position axiale de l'élément de soufflet 37 est déterminée par l'élément de châssis 38 dis- posé dans le trou 352. Un trou 381 au moins est percé dans le chassis 38 pour assurer la communication entre l'ouver- ture 351 et le trou 352. En cours de fonctionnement, l'arbre d'entraîne- ment 15 est entrainé en rotation par le moteur du véhicule grâce au dispositif de poulie, et la plaque de rotor 18 est entraînée en rotation avec l'arbre 15. La rotation de la plaque de rotor 18 est transmise à la plaque d'isolement 24 par le mécanisme d'articulation de liaison, de sorte que, par rapport à la rotation de la plaque de rotor 18, la surface inclinée de la plaque d'isolement 24 se déplace axialement vers la droite et vers la gauche. Par suite, le piston 28 relié en fonctionnement à la plaque d'isolement 24, va et vient dans le cylindre 27. Par suite du mouvement de va et vient des pistons 28, le gaz réfrigérant introduit dans la chambre d'aspiration 30 par l'orifice d'entrée de fluide, est admis dans chacun des cylindres 27 et comprime. Le réfrigérant comprimé est déchargé de chaque cylindre 27 dans la chambre d'échappement 31, en passant par l'orifice de sortie 142, puis passe ensuite dans un circuit de fluide extérieur, tel que par exemple un circuit de refroidisse- ment, par l'orifice de sortie de fluide. Quand la charge thermique du réfrigérant dépas- se le niveau prédéterminé, on augmente la pression d'aspi- ration. Par suite, si dans ce cas, la pression de gaz - contenue dans l'élément de soufflet 37 donne presque la même pression que celle correspondant au niveau de charge thermique prédéterminé, l'élément de soufflet 37 est poussé vers la droite pour ouvrir l'ouverture 361. Cette situation est représentée sur la figure 1. Ainsi, la pression régnant dans la chambre de manivelle 112 maintient la pression d'as- piration. Dans ces conditions, pendant la course de compres- sion des pistons, la force de réaction de compression du gaz agit normalement sur la plaque d'isolement 24 et se trouve finalement reçue par le mécanisme d'articulation de liaison. Le moment M1 provoqué par la force de réaction agissant sur les pistons 28, agit sur le mécanisme d'arti- culation de liaison pour produire une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. De plus, étant donné le moment M2 produit par la force de rappel du ressort hélicoidal 25 monté entre la plaque de rotor 18 et le coussinet sphérique 23, et le moment M3 produit par la différence de pression entre la chambre de manivelle 112 et la chambre d'aspiration 30, seul le moment M2 est opposé au moment M1 car la diffé- rence de pression n'existe pas. Par suite, si l'on détermine la force de rappel du ressort hélicoidal 25 de façon que M1 > M2, la plaque d'isolement 24 tourne autour de la tige 26 du mécanisme d'articulation de liaison placé sur l'extré-- mité supérieure du trou rectangulaire 182. Ainsi, l'angle d'inclinaison de la plaque d'isolement 24 est amené à sa valeur maximum par rapport au plan vertical. Il en résulte la course maximum des pistons 28 dans les cylindres 27, ce qui correspond à la capacité de refroidissement normale du compresseur. Au contraire, si la charge thermique diminue et si la capacité de refroidissement devient trop importante, la pression diminue dans la chambre d'aspiration 30. Par suite, l'élément de soufflet 37 est entrainé vers la gauche pour former la petite ouverture 361 par le pointeau 371. Cette situation est représentée sur la figure 2. Dans ce cas, la pression monte progressivement dans la chambre de manivelle 112 et l'on atteint une faible différence de pression car le souffle de gaz s'échappant de la chambre de cylindre vers la chambre de manivelle 112 par l'inter- valle compris entre le piston et le cylindre pendant la course de compression, est contenu dans la chambre de mani- velle 112. Pendant la montée de la pression dans la cham- bre de manivelle 112, on obtient le moment M3 dont la va- leur augmente en réponse à l'augmentation de pression dans la chambre de manivelle 112. Ce omment M3 est opposé au moment Ml de sorte qu'au bout d'un certain temps la somme des moments M2 et M3 dépassé le moment Ml. Dans ce cas, un moment de rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre, autour de la tige 26 du mécanisme d'articulation de liaison, agit sur la plaque d'isolement 24, de sorte que l'angle d'inclinaison de la plaque d'isolement 24 par rap- port au plan vertical diminue, et que ce mouvement se poursuit Jusqu'à ce que la tige 26 vienne s'adapter contre la partie d'extrémité inférieure du trou rectangulaire 182. Par suite de cette diminution de l'angle d'inclinaison, la course des pistons 28 dans les cylindres 27 est réduite et la capacité du compresseur diminue.progressivement. Comme il n'est pas souhaitable de stopper complètement le mouvement des pistons car cela stopperait également le débit de gaz réfrigérant et d'huile de lubrification, un certain mouvement des pistons doit être conservé pour maintenir la lubrification du compresseur. Comme indiqué ci-dessus, selon l'invention, chaque piston est relié en fonctionnement à la plaque de clapotis pour produire le mouvement de va et vient dans les cylindres, et la plaque de clapotis est montée en nutation sur l'arbre d'entraînement par l'intermédiaire d'un cous- sinet La rotation- de l'arbre d'entraînement est transmise à la plaque de clapotis par la plaque de rotor et le méca- nisme d'articulation de liaison, ce qui permet de faire varier l'angle d'inclinaison de cette plaque de clapotis en fonction de la différence de pression entre la chambre d'aspiration et la chambre de manivelle. Par suite, on ne tient pas compte du mécanisme anti-rotation de la plaque oscillante, et la variation de l'angle d'inclinaison de la plaque de clapotis s'obtient facilement au moyen du méca- nisme d'articulation de liaison. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Compresseur de réfrigérant (1) comprenant un carter de compresseur (10) muni d'un bloc de cylindre (111) à plusieurs cylindres (27) et d'une chambre de mani- velle (112) placée au voisinage de ce bloc de cylindre (111), un pistion (28) monté en glissement dans chacun des cylin- dres pour aller et venir sous l'action d'une plaque d'iso- lement (24) entraînée par un arbre d'entraînement d'entrée (15), une plaque d'extrémité avant (12) montée sur le carter de compresseur (10) et comprenant un palier (39) destiné à supporter en rotation l'arbre d'entraînement d'entrée (15), une plaque d'extrémité arrière (13) placée à l'extrémité opposée du carter de compresseur (10) et comportant une chambre d'aspiration (30) et une chambre d'échappement (31), et des moyens de passage (35) assurant la communication entre la chambre de manivelle (112) et la chambre d'aspira- tion (30), l'ouverture et la fermeture de ces moyens de passage (35) étant commandées par des moyens de pointeau (371), compresseur caractérisé en ce que la plaque d'iso- lement (24) est supportée en nutation sur l'arbre d'entrai- nement d'entrée (15) par un coussinet sphérique (23), et entrainée par l'arbre d'entratnement d'entrée (15) par l'intermédiaire d'un mécanisme d'articulation de liaison (26, 182, 242) permettant de faire varier l'angle d'incli- naison de la surface inclinée de la plaque d'isolement (24) en réponse aux variations de pression dans la chambre de manivelle (112). 2 ) Compresseur de réfrigérant selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement d'entrée (15) est muni d'une plaque de rotor (18) à son extrémité intérieure, et en ce que la plaque d'isolement (24) est reliée à cette plaque de rotor (18) par le méca- nisme d'articulation de liaison (26, 182, 242). 3 ) Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mécanisme d'articulation de liaison comprend une paire de parties de bras (181, 241) partant de la plaque de rotor (18) et de la plaque d'isolement (24) de manière à se recouvrir l'une l'autre et en ce qu'une tige (26) traverse un trou rectan- gulaire (182) percé dans l'une (181) de ces parties de bras, et un petit trou (242) percé dans l'autre (241) de ces parties de bras. 4 ) Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un ressort héli- coidal (25) est monté entre la plaque de rotor (18) et le coussinet sphérique (23) de manière à pousser ce coussinet (23) vers le bloc de cylindre (111). ) Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque piston (28) comprend une partie de tête sphérique pouvant aller et venir dans le cylindre, et une partie de liaison (282) munie d'une partie de découpe (282a) destinée à enjamber la partie périphérique extérieure de la plaque d'isolement (24), cette plaque d'isolement (24) étant reliée en fonc- tionnement à la partie de liaison (282) du piston, par l'intermédiaire d'une semelle (29).