Brevet FR2614648A1 — publié le 19881104

"Compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique". La présente invention a pour objet un compresseur de suralimentation et, notamment, un compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique pour suralimenter des moteurs à combustion interne tels que des moteurs d'automobiles, des moteurs marins et des moteurs industriels. Le document de brevet japonais provisoire Kokai n 51-37316 décrit un compresseur de suralimentation 10 à vis à commande mécanique représenté sur la figure 6 et la figure 7 des dessins annexés. Ce compresseur de suralimentation 10 à vis à commande mécanique comporte un jeu de rotors à vis mâle et femelle 3 et 4 qui sont entraînés en rotation au moyen d'une poulie d'entraînement 5, d'une courroie 6 et d'une poulie menée 7, à partir d'un vilebrequin 2-pour aspirer de l'air à travers un filtre d'aspiration 8 et suralimenter un moteur à combustion interne 1 (désigné simplement dans la suite par "moteur"). Le compresseur de suralimentation à vis 10, utilisant les rotors à vis 3 et 4, est du type volumétrique, la vitesse de rotation des rotors à vis 3 et 4 étant proportionnelle à la vitesse de rotation du vilebrequin 2 du moteur 1. Il en résulte que 2-5 ce compresseur de suralimentation à vis 10 a pour avantage que le moteur peut être suralimenté au démarrage et pendant l'accélération sans aucun décalage dans le temps, ce qui est impossible lorsqu'on utilise un compresseur de suralimentation entrainé par une turbine à gaz d'échappement (turbocompresseur de suralimentation). En outre, le compresseur de suralimentation à vis 10, qui comporte un mécanisme de compression interne, fonctionne avec des pertes de compression plus faibles et avec un rendement adiabatique plus élevé qu'un compresseur de suralimentation à commande mécanique du type Roots. La figure 7 représente un compresseur à vis classique pouvant être utilisé pour l'application de suralimentation mentionnée précédemment. Ce compresseur à vis est muni d'un jeu de rotors mâle et femelle 3 et 4 engrenant entre eux (désignés simplement dans la suite par "rotors"). Ces rotors 3 et 4 sont montés à rotation dans un carter 9. La force motrice rotative du moteur d'entraînement 1 est transmise aux rotors 3 et 4 par une poulie d'entraînement 5, des courroies 6 et une poulie menée 7. La poulie menée 7 est calée sur un arbre d'entrée 13, c'est-à-dire sur l'arbre de rotor du rotor femelle 4 qui s'avance à l'extérieur à partir du carter 9. Dans ce compresseur, qui utilise les poulies 5 et 7 ainsi que les courroies 6 pour transmettre la force motrice rotative du moteur d'entraînement 1 aux rotors 3 et 4, la puissance est transmise par la liaison par frottement des courroies 6 avec les poulies 5 et 7. Par conséquent, une tension très élevée est appliquée aux courroies 6 pour développer une force de frottement ayant la grandeur requise entre les courroies 6 et les poulies , 7. Il en résulte que l'arbre d'entrée 13 est soumis non seulement à une contrainte de torsion mais aussi à une contrainte de flexion résultant de l'action des courroies 6. On doit donc donner à l'arbre d'entrée 13 un diamètre bien plus grand pour qu'il résiste à de telles contraintes. Cependant, l'accroissement du diamètre de l'arbre de rotor, et donc des dimensions des paliers, entraîne une augmentation des dimensions et du poids du compresseur, un accroissement des pertes d'énergie mécanique dû à l'utilisation de paliers de grandes dimensions et un abaissement de la limite supérieure de la vitesse de rotation des rotors. En outre, dans un compresseur du type sans huile comportant des engrenages de synchronisation 11 et 12, comme représenté sur la figure 7, la flexion de l'arbre de rotor 13 dégrade le réglage du compresseur et peut provoquer une interférence des rotors l'un avec l'autre. De plus, il est difficile de combiner ce compresseur à vis connu avec un moteur en vue de son D utilisation pour la suralimentation. En effet, ce compresseur à vis est destiné à être utilisé comme un simple compresseur et non pour la suralimentation et si on doit l'utiliser pour la suralimentation,. les caractéristiques du compresseur a vis doivent être adaptées à celles du moteur. Comme cela est évident à partir des caractéristiques des besoins d'air d'un moteur 1 qui sont représentées sur la figure 8, les besoins d'air Q2 pour un cycle de combustion, à savoir la quantité d'air devant être aspirée dans la chambre de combustion pendant un cycle de combustion pour maintenir le couple de sortie du moteur 1 a un niveau fixé est sensiblement constante quelle que soit la vitesse du moteur. Par conséquent, les besoins d'air Q1 par unité de temps, à savoir la quantité d'air devant être envoyée dans la chambre de combustion par unité de temps, croissent proportionnellement à la vitesse du moteur. Cependant, la pression de suralimentation doit être accrue lorsque la vitesse du moteur augmente.pour maintenir constante l'alimentation suivant les besoins d'air Q2 par cycle de combustion parce que la résistance à l'écoulement et la résistance opposée par la soupape d'admission à l'écoulement de l'air augmentent avec la vitesse du moteur. Le compresseur de suralimentation 10 présente les bonnes caractéristiques mentionnées ci-dessus quand le rapport de pression intérieure de ce compresseur de suralimentation est invariable. En conséquence, quand la pression régnant après le compresseur de suralimentation , à savoir la pression de suralimentation, varie, deux problèmes se présentent inévitablement avec un Es 46',8 compresseur de suralimentation suivant la technique antérieure. Il s'agit, d'une part, du problème posé parce que les pertes de compression augmentent, ce qui provoque un accroissement de la puissance absorbée. Il s'agit, d'autre part, du problème posé par l'écoulement pulsatoire de l'air en raison des variations rapides de la pression de l'air refoulé, ce qui peut être attribué à la différence de pression qui règne entre la partie située à l'intérieur et la partie située à l'extérieur de l'orifice de refoulement. Cet écoulement pulsatoire 1D) provoque un accroissement des bruits dûs au compresseur de suralimentation 10. En conséquence, un premier but de la présente invention consiste à créer un compresseur de suralimentation à vis et à commande mécanique supprimant le premier problème de compresseur de suralimentation à vis classique. Un second but de la présente invention consiste à créer un compresseur de suralimentation à vis et à commande mécanique supprimant le second problème posé par le compresseur de suralimentation à vis classique. A cet effet, la présente invention crée un compresseur de suralimentation à vis comportant un jeu de rotors à vis mâle et femelle montés à rotation dans un carter et entraînés par un moteur au moyen d'une transmission enveloppante comprenant des courroies et des 23 poulies, caractérisé en ce qu'un trou de passage est formé dans la paroi du carter en un emplacement tel que l'arbre d'entrée des rotors à vis ou le prolongement axial de l'arbre d'entrée des rotors à vis puisse le traverser, en ce qu'un bossage cylindrique support de paliers est formé autour d'un trou de passage de manière à être en saillie à l'extérieur du carter, et en ce qu'une poulie menée est portée par des paliers dans le bossage support de paliers et est calée sur l'arbre d'entrée. 26 14 6 48 Suivant un mode de réalisation, le compresseur de suralimentation à vis comporte, en plus de l'orifice de refoulement principal qui communique avec le conduit d'admission du moteur, au moins un orifice de refoulement extérieur disposé du côté de l'orifice d'admission à une distance appropriée de l'orifice de refoulement principal, et un conduit en dérivation reliant l'orifice de refoulement auxiliaire au conduit d'admission en un emplacement situé après l'orifice de refoulement principal, en passant par une vanne d'aiguillage permettant d'évacuer de l'air dans l'atmosphère. L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique, suivant un premier exemple de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue schématique du système d'alimentation en mélange d'un moteur à combustion interne équipé du compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique suivant la 2U figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe destinée à' expliquer la disposition d'un orifice de refoulement auxiliaire dans le compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique suivant la 2_ figure 1 compris dans le système d'alimentation en mélange suivant la figure 2, - la figure 4 est un graphique montrant la relation qui existe entre le rapport de pression interne et le volume d'air emprisonné dans un compresseur de suralimentation, - la figure 5 est une vue schématique du système d'alimentation en mélange d'un moteur à combustion interne équipé d'un compresseur de Z614648 suralimentation à vis à commande mécanique, suivant un second exemple de réalisation de la présente invention, - la figure 6 est' une vue schématique du système d'alimentation en mélange d'un moteur à combustion interne équipé d'un compresseur 'de suralimentation à vis à commande mécanique classique, - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur à vis classique entraîné par un moteur et pouvant être utilisé comme compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique pour un moteur à combustion interne, et - la figure 8 est un graphique représentant les variations en fonction de la vitesse du moteur, de la pression de suralimentation, des besoins en air par unité de temps et des besoins en air pour un cycle de i5 combustion d'un moteur à combustion interne. Un compresseur à vis à commande mécanique 20 (simplement désigné dans la suite par "compresseur de suralimentation à vis") suivant la présente invention, est représenté sur la figure 1. Ce compresseur a sensiblement la même construction que le compresseur de suralimentation à vis classique représenté sur la figure 7, sauf en ce qui concerne la construction du système de transmission de puissance. sur la figure 1 et la figure 7, les éléments correspondants sont désignés par les mêmes références numériques et la description de ces éléments ne sera pas reprise. Conformément à la figure 1, un trou de passage 14 est formé dans la paroi du carter 9. Un bossage support de paliers 15 est formé autour du trou de passage 14 de manière à être en saillie à l'extérieur de la paroi du carter 9. Un arbre d'entrée 13, à savoir l'arbre d'un rotor 4, s'avance à l'extérieur du carter 9 en traversant le trou de passage 14 et le bossage support de paliers 15. Une poulie menée 7 est portée par des paliers 16, tels que roulements à billes, montés dans le bossage 6 14648 support de paliers 15. La poulie menée 7 est constituée en une seule pièce avec un bossage axial 17 s'avançant vers le carter 9. L'extrémité de l'arbre d'entrée 13 est assemblée par des cannelures avec le bossage axial 17 de la poulie menée 7. Dans cet exemple de réalisation, le compresseur de suralimentation à vis 20 est entraîné au moyen d'un système de transmission de force motrice comportant des courroies et des poulies. Mais la présente invention n'est pas limitée à cette réalisation et le compresseur de suralimentation à vis 20 peut être entraîné par tout autre système de transmission de force motrice enveloppant. Le trou de passage n'est pas nécessairement formé de manière à loger l'arbre d'entrée 13 à travers lui. Il peut être formé en un emplacement situé sur le prolongement axial de l'arbre d'entrée 13. Dans le compresseur de suralimentation à vis ainsi construit, l'arbre d'entrée 13 n'est pas soumis à un moment de flexion dû à la tension appliquée aux courroies 6. Par conséquent, l'arbre d'entrée 13, c'est- à-dire l'arbre du rotor, n'a pas besoin d'avoir un diamètre accru pour résister au moment de flexion. -Les paliers 16 peuvent donc être d'un calibre réduit si on les compare à ceux du compresseur de suralimentation à vis classique. Il en résulte que le compresseur de suralimentation à vis 20 peut être réalisé avec un poids réduit et peut fonctionner à une vitesse plus élevée que le compresseur de suralimentation à vis classique équivalent représenté sur la figure 7. En outre, l'utilisation de paliers plus petits entraîne une amélioration du rendement adiabatique par suite de la réduction des pertes de puissance. Quand le compresseur de suralimentation à vis 20 est utilisé dans une automobile, o le rapport de pression est compris entre 1,2 et 3,0, la réduction des pertes de puissance due à la réduction des dimensions des paliers et à la réduction du poids du compresseur de suralimentation à vis entraîne une diminution de la - consommation de carburant de l'automobile. De plus, étant donné que le moment de flexion dû à la tension appiiquée aux courroies, n'agit pas sur l'arbre du rotor, cet arbre n'est pas fléchi et le réglage des engrenages de synchronisation n'est pas affecté. Le compresseur de suralimentation à vis 20 suivant le second exemple de réalisation de la présente invention a sensiblement la même construction que le compresseur de suralimentation à vis 20 suivant le premier exemple de réalisation. La seule différence est que le compresseur de suralimentation à vis 20 suivant le second exemple de réalisation est muni, en plus d'un orifice de refoulement principal 22 directement relié à un conduit d'admission 21, d'un orifice de refoulement auxiliaire 24 formé dans le carter 23 à une distance appropriée de l'orifice de refoulement principal 22 représenté sur la figure 3. Par conséquent, les éléments correspondant à ceux qui ont été décrits précédemment en se référant à la figure 1, sont désignés par les mêmes références numériques et. leur description n'est pas reprise. On va décrire dans la suite, en se référant à la figure 2, le système d'alimentation en mélange du second exemple de réalisation, ce système comprenant le compresseur de suralimentation à vis. L'orifice de refoulement auxiliaire 24 est relié à un conduit en dérivation 26 lui-même relié, par l'intermédiaire d'une vanne d'aiguillage à trois voies , au conduit d'admission 21 en un emplacement situé après l'orifice de refoulement principal 22. La vanne d'aiguillage à trois voies 25 comporte un orificeA relié à l'orifice de refoulement auxiliaire 24, un orifice B relié au conduit d'admission 21 et un orifice C communiquant avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'une soupape de sûreté 27. L'un des orifices de l'ensemble à soupape pilote de la soupape de sûreté 27 est relié à l'orifice C et l'autre orifice de l'ensemble à soupape pilote est relié au conduit d'admission 21 en un emplacement situé après l'orifice de refoulement principal 22. La soupape de sûreté 27 s'ouvre quand la pression régnant dans le conduit d'admission après l'orifice de refoulement principal 22 devient supérieure à la pression régnant dans l'orifice C. Après que le moteur 1 ait été -mis en route, un organe de commande approprié décide si le moteur 1 fonctionne suivant un mode de fonctionnement à charge élevée nécessitant un débit de fourniture d'air accru, sur la base de signaux correspondant à l'importance du déplacement de la pédale d'accélérateur, de la vitesse du moteur, de la pression interne du moteur et du débit d'alimentation en carburant. Quand le moteur 1 fonctionne suivant le mode de fonctionnement à charge élevée, une décision est prise pour déterminer si la moteur 1 fonctionne suivant un mode de fonctionnement à vitesse élevée. Quand le moteur 1 fonctionne suivant un mode de fonctionnement à faible vitesse, la vanne d'aiguillage à trois voies 25 est actionnée pour faire communiquer l'orifice A avec l'orifice B et évacuer de l'air par l'orifice de refoulement auxiliaire 24 afin de réduire le rapport de pression interne, par exemple à 1,5. Quand le moteur 1 fonctionne suivant un mode de fonctionnement à vitesse élevée, la vanne d'aiguillage à trois voies 25 est actionnée pour séparer l'orifice A des deux orifices B et C, de sorte que le rapport de pression interne soit augmenté, par exemple à 2,0. Par conséquent, dans le mode de fonctionnement à charge élevée et à faible vitesse, de l'air comprimé avec un faible rapport de pression interne, par exemple 1,5, est refoulé dans le moteur 1. Dans le mode de fonctionnement à charge élevée et à vitesse élevée, de l'air comprimé avec un rapport de pression interne élevé, par exemple 2,0, est refoulé dans le moteur, pour tenir compte de l'augmentation de la résistance à l'écoulement de l'air d'admission que l'on peut attribuer à l'augmentation de la vitesse du moteur. Bien que le rapport de pression interne soit modifié en fonction de la vitesse du moteur, la quantité d'air refoulée à chaque cycle de combustion par le compresseur de suralimentation à vis 20 reste constante indépendamment de la vitesse du moteur. Dans les modes de fonctionnement à faible charge ou à charge modérée, dans lesquels les besoins d'air par unité de temps sont faibles, l'orifice A est Dh relié à l'orifice C. Quand le débit de refoulement du compresseur de suralimentation à vis devient exagérément supérieur aux besoins en air par unité de temps, la pression régnant dans le conduit d'admission après l'orifice de refoulement principal 22 devient supérieure à la pression régnant dans l'orifice C, c'est-à-dire à la pression régnant dans l'orifice de refoulement auxiliaire 24. Il en résulte que la soupape de sûreté 27 s'ouvre et évacue de l'air dans l'atmosphère. On va décrire en se référant à la figure 4 la variation de la puissance requise par le compresseur de suralimentation à vis à la suite de la modification du rapport de pression interne de ce compresseur de suralimentation à vis suivant le mode de fonctionnement du moteur. Il s'agit, par exemple, de la diminution du rapport de pression interne de 2, 0 à 1,5 lors du fonctionnement du moteur suivant le mode de fonctionnement à charge élevée et à faible vitesse. Quand l'orifice A est séparé de l'orifice B pour faire cesser l'évacuation de l'air par l'orifice de refoulement auxiliaire 24 dans le mode fonctionnant à charge élevée et à faible vitesse, les conditions régnant dans le volume d'air enfermé dans le compresseur de suralimentation à vis 20 varient suivant le tracé a->b-->f->c->d->e->a. La puissance requise par cycle est représentée par la surface a-b-f-c-d-e. Quand l'orifice A est relié à l'orifice B pour permettre l'évacuation de l'air par l'orifice de refoulement auxiliaire 24 avec le même mode de fonctionnement du moteur, les conditions varient suivant le tracé a--r.>b>f->d-->e->a. Dans ce cas, la puissance requise par cycle est représentée par la surface a-b-f-d-e. Etant donné que la puissance représentée par la surface a-g-d-e est récupérée par le moteur en tout cas, la puissance nette requise par cycle est représentée par la surface g-b-c quand le rapport de pression interne est égal à 2,0. Cependant, la puissance nette requise par cycle est rédu.ite d'au moins une quantité à déduire représentée par la surface d-f-c quand le rapport de pression interne est réduit à 1,5. Théoriquement, cette quantité à déduire atteint 22 % de la puissance requise par cycle quand le rapport de pression interne est égal à 2,0. Une autre réalisation du système d'alimentation en mélange comprenant le compresseur de suralimentation à vis 20 suivant la présente invention va être décrit dans 23 -la suite en se référant à la figure 5. La disposition du système d'alimentation en mélange représenté sur la figure 5 est sensiblement la même que celle du système représenté sur la figure 2, sauf que dans la réalisation du système d'alimentation en mélange suivant la figure 5, il est prévu en plus un réservoir 28 et un clapet de retenue 29. Par conséquent, les éléments correspondant à ceux qui ont été décrits précédemment en se référant à la figure 2 sont désignés par les mêmes références numériques et leur description n'est pas reprise. Conformément à la.figure 5, l'air évacué par l'orifice de refoulement auxiliaire 24 est accumulé temporairement dans le réservoir 28 sans être évacué directement dans l'atmosphère par l'orifice C. L'air accumulé dans le réservoir 28 est utilisé pour suralimenter le moteur 1 lors du démarrage de ce moteur 1 et pendant le mode de fonctionnement à charge élevée et à faible vitesse. Quand le réservoir 28 est complètement rempli d'air, l'air en excès est évacué par la soupape de sûreté 27. Comme il ressort de la description qui précède, le compresseur de suralimentation à vis est muni conformément à l'invention, en plus de l'orifice de refoulement principal, d'au moins un orifice de refoulement auxiliaire formé, du côté de l'admission, a une certaine distance de l'orifice de refoulement principal. Cet orifice de refoulement auxiliaire est relié par un conduit en dérivation au conduit d'admission en un emplacement situé après l'orifice de refoulement principal. Dans le conduit en dérivation est disposée une vanne d'aiguillage qui peut relier l'orifice de refoulement auxiliaire à l'atmosphère. En conséquence, le rapport de pression interne du compresseur de suralimentation à vis peut être réglé conformément à la charge du moteur et à la vitesse de ce moteur pour réduire la consommation d'énergie du compresseur de suralimentation à vis en supprimant le fonctionnement de compression d'air de ce compresseur quand cela n'est pas nécessaire. On réduit alors aussi les bruits de fonctionnement du compresseur de suralimentation à vis en diminuant la différence de pression entre le conduit d'admission et l'orifice de refoulement principal ainsi que l'orifice de refoulement auxiliaire de ce compresseur. REVENDICATIONS 1) Compresseur de suralimentation à vis (20) à commande mécanique comportant un jeu de rotors à vis mâle et femelle (3, 4) montés à rotation dais un carter (9) et constitués pour être entraînés par un moteur (1) au moyen d'une transmission enveloppante comprenant des courroies (6) et des poulies (5, 7) caractérisé en ce qu'un trou de passage (14) est formé dans la paroi du carter (9) en un emplacement correspondant à l'arbre d'entrée (13) du compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique ou au prolongement axial de cet arbre d'entrée, en ce qu'un bossage cylindrique (15) support de paliers est formé autour du trou de passage (14) de manière à être en saillie à l'extérieur du carter, et en ce qu'une poulie menée (7) est portée par des paliers (16) dans le bossage (15) support de paliers, cette poulie menée étant calée sur l'arbre d'entrée. 2) Compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un orifice de refoulement auxiliaire 2u (24) est formé dans le carter (9), du côté de l'admission, à. une certaine distance de l'orifice -de refoulement principal (22), un conduit en dérivation (26), reliant l'orifice de refoulement auxiliaire (24) au conduit d'admission (21) en un emplacement situé après l'orifice de refoulement principal (22), en passant par une vanne d'aiguillage (25) qui permet d'évacuer de l'air dans l'atmosphère.