Brevet FR2675566A1 — publié le 19921023

" Système de soupape à faible réexpansion destiné à comprimer un réfrigérant La présente invention concerne d'une façon générale un dispositif de compresseur destiné à com- primer un réfrigérant, ce dispositif comprenant: un carter contenant un cylindre à l'intérieur de celui- ci, ce carter comportant une surface supérieure essen- tiellement plane sur laquelle débouche le cylindre; une plaque de soupape traversée par une ouverture cen- trale, cette plaque de soupape étant placée au voisi- nage de la surface supérieure du carter de façon que l'ouverture centrale assure la communication entre le cylindre et la surface supérieure de la plaque de sou- pape. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de soupape perfectionné pour un tel dispo- sitif de compresseur, dans lequel un dispositif de soupape d'aspiration associé au piston s'emboîte à l'intérieur d'un orifice de décharge associé à la pla- que de soupape et à la tête de cylindre pour réduire le volume de réexpansion dans le cylindre. Dans un compresseur à piston de va-et-vient typique, un cylindre est défini par un carter de com- presseur et un piston effectue un mouvement de va-et- vient à l'intérieur du cylindre pour comprimer le ré- frigérant gazeux contenu dans celui-ci Dans un com- presseur auquel s'applique la présente invention, le piston comprend un dispositif de soupape de piston dans lequel la soupape d'aspiration est montée en fonctionnement sur la tête de piston pour recevoir le gaz passant à travers le piston en provenant d'une ex- trémité du cylindre, et pour comprimer le gaz dans le cylindre de manière à le décharger par l'autre extré- mité Une plaque de soupape est montée sur le carter de manière à fermer le sommet du cylindre La plaque de soupape comprend un dispositif de soupape de dé- charge servant à décharger le gaz dans un espace de décharge défini par un couvercle de tête de cylindre monté sur le carter avec la plaque de soupape interpo- sée entre les deux. La présente invention peut s'appliquer en particulier à un compresseur à tête de bielle à cou- lisse dans lequel un certain nombre de pistons dispo- sés radialement sont reliés par une liaison d'entra - nement à un vilebrequin, au moyen d'un mécanisme de tête de bielle à coulisse à l'intérieur d'une cavité d'aspiration On trouve un exemple d'un compresseur à tête de bielle à coulisse dans le Brevet U S A. 4 834 632 déposé par le mandataire de la présente in- vention et indiqué ici à titre de référence. Le Brevet indiqué ci-dessus décrit un com- presseur à tête de bielle à coulisse comportant des dispositifs de soupape d'aspiration de piston dans lesquels un élément de retenue de soupape est fixé au piston par une fixation centrale dont la tête vient se loger dans une cavité de la plaque de soupape pour ré- duire le volume de réexpansion Un tel dispositif ne réduit pas ordinairement le volume de réexpansion pou- vant être attribué aux orifices de décharge Dans le Brevet U S A 1 764 655, un élément de retenue'de sou- pape d'aspiration est monté au centre de la surface supérieure plate du piston et part de celle-ci pour venir se loger dans un orifice de décharge rond cen- tral de la plaque de soupape. Dans les compresseurs selon l'art antérieur comportant à la fois une soupape de décharge et une soupape d'aspiration associées à une plaque de soupape de compresseur, il est bien connu d'utiliser un piston muni d'une partie annulaire en saillie sur la tête de piston, cette partie remplissant un orifice de déchar- ge annulaire correspondant lorsque le piston se trouve à son point mort haut. On désire créer un système de soupape per- fectionné pour un compresseur nécessitant un piston à soupape et comportant des moyens de soupape de déchar- ge associés à une plaque de soupape, pour minimiser ainsi le volume de réexpansion associé à un orifice de décharge dans la plaque de soupape. La présente invention permet de remédier aux inconvénients décrits cidessus de l'art antérieur en créant un dispositif de soupape perfectionné dans le- quel un piston à soupape comprend un élément de rete- nue de soupape muni d'une protubérance annulaire occu- pant un orifice de décharge annulaire lorsque le pis- ton se trouve dans sa position de point mort haut, de manière à réduire le volume de réexpansion Plus pré- cisément, une cavité formée dans la tête de piston et un contre-perçage formé dans l'élément de retenue de soupape, facilitent la fixation de l'élément de rete- nue au piston et s'adaptent à la soupape de décharge annulaire pour diminuer le volume de réexpansion. D'une façon générale, l'invention utilise, dans l'élément de retenue de soupape d'aspiration, un contre-perçage dans lequel vient s'adapter une partie centrale du dispositif de soupape de décharge Plus précisément, un boulon et une rondelle de soupape sont fixés à la tête de cylindre et viennent se loger dans le contre-perçage de l'élément de retenue de soupape d'aspiration. L'invention utilise également, sur l'élément de retenue de soupape d'aspiration, une protubérance annulaire s'emboîtant dans l'orifice de décharge au voisinage de la soupape de décharge pour réduire le volume de réexpansion. Un avantage de la présente invention est qu'elle réduit considérablement le volume de réexpan- sion du cylindre pendant le fonctionnement, ce qui permet ainsi d'améliorer le rendement du compresseur. L'invention, sous une forme de réalisation de celle-ci, fournit un système de soupape de compres- seur pour un compresseur à tête de bielle à coulisse. Le système de soupape comprend un dispositif de soupa- pe de décharge relié à un carter de cylindre, et un dispositif de soupape d'aspiration monté sur une face supérieure d'un piston de va- et-vient Le dispositif de soupape de décharge comprend une soupape de déchar- ge annulaire venant se placer sur un siège de soupape de décharge défini par une plaque de soupape, et un élément suspendu à un couvercle de tête de cylindre. L'élément suspendu remplit une ouverture centrale de la plaque de soupape, ce qui permet ainsi de créer un orifice de décharge annulaire Le dispositif de soupa- pe d'aspiration comprend un élément de retenue de sou- pape muni d'une protubérance annulaire remplissant complètement l'orifice de décharge annulaire lorsque le piston se trouve à son point mort haut Le disposi- tif de soupape d'aspiration comprend également une soupape d'aspiration se fermant de manière étanche sur les orifices d'aspiration du piston. Sous un aspect de la forme de réalisation de l'invention décrite précédemment, l'élément suspendu comprend une bague ou rondelle fixée par un boulon à la tête de cylindre Cette bague forme la partie ra- dialement intérieure de l'orifice de décharge annulai- re, dans laquelle vient se loger la protubérance de l'élément de retenue de soupape d'aspiration. Selon un autre aspect de l'invention, la soupape d'aspiration est calée pour éviter qu'elle tourne par rapport à l'élément de retenue de soupape d'aspiration Plus précisément, des encoches sont for- mées dans l'élément de retenue de soupape d'aspira- tion, et des saillies ou pattes dirigées radialement vers l'intérieur, sont formées sur le pourtour inté- rieur de la soupape d'aspiration L'enclenchement des pattes dans les encoches empêche la soupape d'aspira- tion de tourner par rapport à l'élément de retenue de soupape d'aspiration. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de compresseur destiné à comprimer un ré- frigérant, ce dispositif comprenant: un carter conte- nant un cylindre à l'intérieur de celui-ci, ce carter comportant une surface supérieure essentiellement pla- ne sur laquelle débouche le cylindre; une plaque de soupape traversée par une ouverture centrale, cette plaque de soupape étant placée au voisinage de la sur- face supérieure du carter de façon que l'ouverture centrale assure la communication entre le cylindre et la surface supérieure de la plaque de soupape; dispo- sitif de compresseur caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle de tête de cylindre monté sur la surface supérieure du carter avec la plaque de soupape inter- posée entre les deux, ce couvercle de tête de cylindre comprenant des moyens suspendus destinés à définir un orifice de décharge annulaire avec l'ouverture centra- le, les parties respectives de la plaque de soupape et des moyens suspendus qui entourent directement l'ori- fice de décharge annulaire constituant un siège de soupape de décharge; un dispositif de soupape de dé- charge monté sur la surface supérieure de la plaque de soupape, ce dispositif de soupape de décharge compre- nant une soupape de décharge annulaire recouvrant le siège de soupape de décharge; un piston pouvant aller et venir dans le cylindre pour comprimer le réfrigé- rant, ce piston comportant un certain nombre d'orifi- ces d'aspiration disposés circulairement, par lesquels le réfrigérant pénètre dans le cylindre pour être com- primé; et un dispositif de soupape d'aspiration monté sur la face supérieure du piston, ce dispositif de soupape d'aspiration comprenant une soupape d'aspira- tion annulaire recouvrant les orifices d'aspiration et les moyens de retenue de soupape pour limiter le dé- placement de la soupape d'aspiration lorsqu'elle s'é- carte de la face supérieure du piston, les moyens de retenue de soupape comprenant une protubérance annu- laire remplissant complètement l'orifice de décharge annulaire lorsque le piston se trouve dans sa position de point mort haut, ce qui permet ainsi de minimiser le volume de réexpansion dû à l'orifice de décharge annulaire. L'invention sera décrite ci-après en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale par- tielle d'un compresseur à tête de bielle à coulisse du type auquel la présente invention s'applique, cette vue représentant plus particulièrement un sys- tème de soupape à faible réexpansion comprenant un piston à soupape monté à l'intérieur d'un cylindre, une plaque de soupape et une tête de cylindre, le piston étant représenté dans sa position de point mort haut au voisinage de la plaque de soupape et de la tête de cylindre; la figure 2 représente le système de soupape montré à la figure 1, mais avec le piston se trouvant dans sa position de point mort bas à l'intérieur du cy- lindre; la figure 3 est une vue en coupe transversale du compresseur montré à la figure 1, la coupe étant ef- fectuée suivant la ligne 3-3 à la figure 1 et obser- vée dans la direction des flèches; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du cylindre à la figure 3, la coupe étant effectuée suivant la ligne 4-4 à la figure 3 et observée dans la direction des flèches; la figure 5 est une vue de dessous de la plaque de soupape et du dispositif de tête de cylindre du com- presseur à la figure 1, la vue étant effectuée au niveau de la ligne 5-5 à la figure 2 et observée dans la direction des flèches; et la figure 6 est une vue de dessus du piston à soupa- pe du compresseur à la figure 1, représentant plus particulièrement la soupape d'aspiration calée pour empêcher sa rotation par rapport à l'élément de re- tenue de soupape d'aspiration. En se référant maintenant aux figures 1 et 2, celles-ci représentent un cylindre d'un compresseur à tête de bielle à coulisse à cylindres multiples Ce cylindre 10 comporte une paroi latérale formée par un carter 12 Le carter 12 comporte une surface supérieu- re 13 sur laquelle débouche le cylindre 10 A l'inté- rieur du cylindre se trouve un dispositif de piston 14 Sur la surface supérieure 13 du carter 12 se trou- vent une plaque de soupape 16, un dispositif de dé- charge 18 et une tête de cylindre 20 qui seront dé- crits plus en détails ci-après. En se référant au dispositif de piston 14, ce dispositif de piston 14 comprend un piston 22 muni d'un segment de piston annulaire 24 pour permettre au piston 22 d'aller et venir en fonctionnement à l'inté- rieur du cylindre 10 de manière à comprimer le réfri- gérant gazeux contenu dans celui-ci En se référant plus particulièrement à la figure 2, le piston 22 com- prend également une cavité 25 munie d'un trou central de montage 26 traversant le piston 22 Un certain nom- bre d'orifices d'aspiration 28 sont disposés circulai- rement autour du trou central 26 et traversent le pis- ton 22 pour permettre au gaz d'aspiration se trouvant dans la cavité d'aspiration 30, de pénétrer dans le cylindre 10 du côté compression 22. Selon la présente invention, un dispositif de soupape d'aspiration 32 est associé au dispositif de piston 14 et sera maintenant décrit en se référant au dispositif de piston 14 représenté aux figures 1 et 2 Le dispositif de soupape d'aspiration 32 comprend une soupape d'aspiration en forme de disque générale- ment plate 34 Dans sa position de fermeture, la sou- pape 34 recouvre les orifices d'aspiration 28 sur la surface supérieure extérieure 36 du piston 22 La sou- pape d'aspiration 34 s'ouvre et se ferme sous l'action de forces de pression de fluide et/ou sous l'effet de sa propre inertie lorsque le dispositif de piston 14 va et vient dans le cylindre 10. Un élément de retenue de soupape d'aspira- tion 38 est fixé sur la surface supérieure extérieure 36 du piston 22 par un boulon 40 Plus précisément, un bossage dirigé vers le bas 39 vient se loger dans une cavité 25 et se trouve retenu dans cette cavité par le boulon 40 qui fixe également le piston 22 au bloc de coulisse du mécanisme de tête de bielle à coulisse. L'élément de retenue de soupape d'aspiration 38 com- porte un contre-perçage 42 et une protubérance annu- laire dirigée vers le haut 43 Le contre-perçage 42 sert non seulement à recevoir la tête du boulon 40 mais encore, ce qui est plus important, à permettre à l'élément de retenue de soupape 38 de recevoir le dis- positif de soupape de décharge 18 lorsque le disposi- tif de piston 14 se trouve à son point mort haut La protubérance annulaire 43 formée sur l'élément de re- tenue de soupape d'aspiration 38 fait saillie dans l'orifice de décharge annulaire 71 lorsque le disposi- tif de piston se trouve à son point mort haut La dis- position d'emboîtement de l'élément de retenue de sou- pape d'aspiration 38 avec l'orifice de décharge annu- laire 71, réduit la quantité de réexpansion du réfri- gérant pendant le fonctionnement du compresseur. La soupape d'aspiration 32 est calée pour empêcher sa rotation, au moyen d'encoches 44 disposées périphériquement dans l'élément de retenue de soupape d'aspiration 38, et de saillies correspondantes 46 di- rigées radialement vers l'intérieur sur le pourtour intérieur de la soupape d'aspiration annulaire 32. Le dispositif de soupape de décharge 18 est situé sur la surface supérieure 66 de la plaque de soupape 16 En général, le réfrigérant gazeux comprimé se trouvant dans le cylindre 10 est déchargé, par un orifice de décharge annulaire 71, de l'autre côté d'une soupape de décharge ouverte 68 dont la course est limitée par un élément de retenue de soupape de décharge 70 En se référant au cylindre 10 des figures 1 et 2, un couvercle de tête de cylindre 20 est monté sur le carter 12, avec la plaque de soupape 16 inter- posée entre les deux La plaque de soupape 16 comporte une ouverture de décharge centrale 60 permettant la communication entre le cylindre 10 et la surface supé- rieure 66 de la plaque de soupape 16 Une garniture de plaque de soupape 62 est montée entre la plaque de soupape 16 et le carter 12. Le couvercle de tête de cylindre 20 qui s'a- dapte sur la plaque de soupape 16 comporte une partie suspendue destinée à définir, avec l'ouverture 60 de la plaque de soupape 16, l'orifice de décharge annu- laire 71 indiqué ci-dessus Plus précisément, la par- tie suspendue constitue un bossage central 72 centré dans l'ouverture de décharge 60 de la plaque de soupa- pe 16 Une rondelle d'acier 74 et un boulon 76 sont fixés au bossage central 72 de façon que la face supé- rieure 78 de la rondelle 74 soit essentiellement dans le même plan que la surface supérieure 66 de la plaque de soupape 16 La soupape de décharge 68 est une sou- pape annulaire plate munie d'une ouverture centrale 80 La soupape 68 est réalisée en acier à soupape min- ce et s'adapte sur des parties de la surface supérieu- re 66 de la plaque de soupape 16 et sur la surface su- périeure 78 de la rondelle 74 qui forment ensemble un siège de soupape de décharge entourant l'orifice de décharge annulaire 71 L'élément de retenue de soupape est un élément annulaire en acier à ressort courbe correspondant exactement à la forme de la soupape de décharge 68 L'élément de retenue de soupape 70 com- prend une ouverture centrale 82. Une paire de tiges de guidage 84, 86 partent de la plaque de soupape 16 pour venir dans le côté in- férieur 88 du couvercle de tête de cylindre 20 Pour faciliter le montage, les tiges de guidage 84, 86 sont tout d'abord emboîtées à la presse dans une paire de trous 90 de la plaque de soupape 16, puis sont ensuite emboîtées dans des trous correspondants du couvercle de tête de cylindre 20, par exemple par un emboîtement glissant Les tiges de guidage 84 et 96 peuvent égale- ment s'adapter dans des trous 20 du carter 12, comme indiqué aux figures 1 et 2 Les tiges de guidage 84, il 86 s'engagent en guidage dans des fentes ovales 92 de l'élément de retenue de soupape de décharge 70 dans des positions diamétralement opposées à l'intérieur de celui-ci. La figure 5 représente une vue de dessous de la plaque de soupape 16, indiquant la place de la ron- delle 74 créant un orifice de décharge annulaire 71. Des trous de montage 94 permettent un assemblage faci- le avec le carter 12 et la tête de cylindre 20 par des boulons (non représentés) Les trous de décharge 96 permettent au réfrigérant à la pression de décharge de s'écouler de l'intérieur de la tête de cylindre 20 vers un système de silencieux de décharge du compres- seur à tête de bielle à coulisse (non représenté). Le fonctionnement d'un piston dans un com- presseur à tête de bielle à coulisse à cylindres mul- tiples, est bien connu On peut obtenir des réductions importantes de réexpansion du réfrigérant en utili- sant, sur l'élément de retenue de soupape d'aspiration 38, un contreperçage 42 qui forme une protubérance annulaire remplissant complètement l'orifice de dé- charge annulaire 71 lorsque le dispositif de piston 14 se trouve à son point mort haut. R E V E N D I C A T I O N S ) Dispositif de compresseur destiné à com- primer un réfrigérant, ce dispositif comprenant un carter ( 12) contenant un cylindre ( 10) à l'intérieur de celui-ci, ce carter comportant une surface supé- rieure essentiellement plane ( 13) sur laquelle débou- che le cylindre; une plaque de soupape ( 16) traversée par une ouverture centrale ( 60), cette plaque de sou- pape étant placée au voisinage de la surface supérieu- re du carter de façon que l'ouverture centrale assure la communication entre le cylindre et la surface supé- rieure ( 66) de la plaque de soupape; dispositif de compresseur caractérisé en ce qu'il comprend un cou- vercle de tête de cylindre ( 20) monté sur la surface supérieure du carter avec la plaque de soupape inter- posée entre les deux, ce couvercle de tête de cylindre comprenant des moyens suspendus ( 72) destinés à défi- nir un orifice de décharge annulaire ( 71) avec l'ou- verture centrale, les parties respectives de la plaque de soupape et des moyens suspendus qui entourent di- rectement l'orifice de décharge annulaire constituant un siège de soupape de décharge ( 66, 78); un disposi- tif de soupape de décharge ( 18) monté sur la surface supérieure de la plaque de soupape, ce dispositif de soupape de décharge comprenant une soupape de décharge annulaire ( 68) recouvrant le siège de soupape de dé- charge; un piston ( 22) pouvant aller et venir dans le cylindre pour comprimer le réfrigérant, ce piston com- portant un certain nombre d'orifices d'aspiration dis- posés circulairement ( 28) par lesquels le réfrigérant pénètre dans le cylindre pour être comprimé; et un dispositif de soupape d'aspiration ( 32) monté sur la face supérieure ( 36) du piston, ce dispositif de sou- pape d'aspiration comprenant une soupape d'aspiration annulaire ( 34) recouvrant les orifices d'aspiration et les moyens de retenue de soupape ( 38) pour limiter le déplacement de la soupape d'aspiration lorsqu'elle s'écarte de la face supérieure du piston, les moyens de retenue de soupape comprenant une protubérance an- nulaire ( 43) remplissant complètement l'orifice de dé- charge annulaire lorsque le piston se trouve dans sa position de point mort haut, ce qui permet ainsi de minimiser le volume de réexpansion dû à l'orifice de décharge annulaire. 20) Dispositif de compresseur selon la re- vendication 1,t caractérisé en ce que les moyens sus- pendus comprennent un élément de disque généralement plan ( 74) fixé à la tête de cylindre, cet élément de disque comportant une surface supérieure ( 78) généra- lement dans le même plan que la surface supérieure de la plaque de soupape. ) Dispositif de compresseur selon la re- vendication 2, caractérisé en ce que l'élément de dis- que comprend une rondelle d'acier reliée par un boulon à la tête de cylindre. ) Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape d'aspiration comprend des moyens de calage ( 44, 46) destinés à empêcher la rotation de la soupape d'aspiration par rapport aux moyens de retenue de soupape. ) Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de calage comprennent un certain nombre d'encoches ( 44) formées dans les moyens de retenue de soupape, et un nombre correspon- dant de saillies ( 46) dirigées radialement vers l'in- térieur sur le pourtour intérieur de la soupape d'as- piration. ) Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de retenue de soupape comprennent un contre-perçage ( 42) dans lequel vient se loger une partie du dispositif de soupape de dé- charge annulaire. ) Dispositif de compresseur destiné à com- primer un réfrigérant, ce dispositif comprenant: un carter ( 12) contenant un cylindre ( 10) à l'intérieur de celui-ci, ce carter comportant une surface supé- rieure essentiellement plane ( 13) sur laquelle débou- che le cylindre; un piston ( 22) pouvant aller et ve- nir dans le cylindre et comportant un certain nombre d'orifices d'aspiration ( 28) par lesquels le réfrigé- rant pénètre dans le cylindre; une plaque de soupape ( 16) comportant une surface supérieure essentiellement plane ( 66) et une surface inférieure essentiellement plane ( 64), cette plaque de soupape étant fixée à la surface supérieure du carter pour fermer ainsi le cy- lindre, cette plaque de soupape comprenant une ouver- ture de décharge annulaire centrale ( 60) traversant celle-ci et communiquant avec un siège de soupape sur la surface supérieure de la plaque de soupape; dispo- sitif de compresseur caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle de tête de cylindre ( 20) comportant une rondelle de siège de soupape de décharge ( 74) munie d'une surface supérieure ( 78) et d'une surface infé- rieure, cette rondelle de siège de soupape étant fixée au centre du couvercle de tête de cylindre par un bou- lon ( 76) muni d'une tête de boulon au voisinage de la surface inférieure de la rondelle de siège de soupape, cette rondelle de siège de soupape étant suspendue à l'intérieur de l'ouverture de décharge annulaire, la face supérieure de cette rondelle de siège de soupape étant généralement dans le même plan que la surface supérieure de la plaque de soupape; un dispositif de soupape de décharge ( 18) monté sur la surface supé- rieure de la plaque de soupape, ce dispositif de sou- pape de décharge comprenant un élément de soupape de décharge annulaire ( 68) recouvrant le siège de soupape et la rondelle; et un dispositif de soupape d'aspira- tion ( 32) relié à la face supérieure ( 36) du piston, ce dispositif de soupape d'aspiration comprenant un élément de soupape d'aspiration annulaire ( 34) pouvant se déplacer d'une distance fixe à partir de la face supérieure sur les orifices d'aspiration ( 28), et un élément de retenue de soupape d'aspiration ( 38) muni d'un contre-perçage ( 42) destiné à recevoir la rondel- le de siège de soupape et la tête de boulon, cet élé- ment de retenue de soupape d'aspiration venant au- dessus de l'élément de soupape d'aspiration annulaire. ) Compresseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de soupape d'aspira- tion comprend des moyens de calage ( 44, 46) destinés à empêcher la rotation de l'élément de soupape d'aspira- tion par rapport à l'élément de retenue de soupape d'aspiration. ) Compresseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de calage comprennent un certain nombre d'encoches ( 44) formées dans l'élé- ment de retenue de soupape d'aspiration, et un nombre correspondant de saillies ( 46) dirigées radialement vers l'intérieur sur le pourtour intérieur de l'élé- ment de soupape d'aspiration.