Brevet FR2791401A1 — publié le 20000929

i 2791401 Appareil de déplacement de fluide avec butée de soupape d'aspiration. La présente invention concerne un appareil de déplacement de fluide, tel qu'un compresseur du type à piston adapté à une utilisation dans une unité de conditionnement d'air, ledit compresseur étant muni d'une butée pour une soupape d'aspiration en forme de lame, et elle concerne plus particulièrement un compresseur du type à piston muni d'une butée pour une soupape d'aspiration en forme de lame, ladite butée arrêtant le déplacement de la soupape d'aspiration pendant chaque course d'aspiration des pistons tout en permettant un degré adéquat d'ouverture de la soupape pour permettre l'aspiration de fluide frigorifique et la suppression des vibrations bruyantes de la soupape. La figure 6 montre un compresseur pour fluide frigorifique selon la technique connue représentée par le brevet US 4 664 604. Ce compresseur comprend un carter cylindrique 1 fermé par un boîtier avant 3 et par une culasse cylindrique 26. Le carter 1 contient un bloc cylindres 2 du côté de la culasse et une partie creuse ou chambre d'arbre la. Le boîtier avant 3 est monté sur l'ouverture avant du carter cylindrique 1 afin de fermer l'ouverture de la chambre la et il est fixé sur le carter 1 au moyen de plusieurs boulons, non représentés. La culasse 26 et une plaque porte-soupapes 24 sont fixées sur l'autre extrémité du carter 1 au moyen d'une pluralité de boulons, non représentés, pour obturer la partie d'extrémité du bloc cylindres 2. Une ouverture 3a est formée dans le boitier avant 3 pour recevoir un arbre d'entraînement 4 par l'intermédiaire d'un premier palier radial 5 et d'une garniture d'étanchéité mécanique 7. Un manchon annulaire 3b fait saillie à partir de la surface d'extrémité avant du boîtier avant 3 et entoure l'arbre d'entraînement 4 pour définir une cavité de garniture d'étanchéité d'arbre 6. La garniture mécanique 7 est montée sur l'arbre d'entraînement 4 à l'intérieur de la cavité de garniture d'étanchéité d'arbre 6. L'arbre d'entraînement 4 est monté rotatif dans le boîtier avant 3 par l'intermédiaire du palier radial 5, qui est disposé à l'intérieur de l'ouverture 3a. L'extrémité extérieure de l'arbre d'entraînement 4 est pourvue d'un rotor 8. Un palier à aiguilles 14 est placé entre la surface d'extrémité intérieure du boîtier avant 3 et la surface d'extrémité axiale adjacente du rotor 8 par l'intermédiaire d'une cage du palier 13. Ce palier reçoit la poussée axiale qui agit sur rotor 8 2 2791401 et garantit un mouvement régulier. L'arbre d'entraînement 4 est monté rotatif dans un second palier radial 15 et est soutenu par une vis de réglage 18 qui est vissée dans une partie filetée du bloc cylindres 2, par l'intermédiaire d'un palier à aiguilles 16 et de dispositifs à ressort 17. Le palier à aiguilles 16 est placé entre l'arbre d'entraînement 4 et le dispositif à ressort 17 afin de permettre une rotation régulière de l'arbre d'entraînement 4. Un manchon 9 qui est placé entre le rotor 8 et l'extrémité intérieure du bloc cylindres 2, est monté coulissant sur l'arbre d'entraînement 4. Le manchon 9 supporte un plateau oscillant 10 capable de produire un mouvement de nutation (rotation déséquilibrée) et rotatif. Un ressort hélicoïdal 12 entoure l'arbre d'entraînement 4 et il est placé entre la surface d'extrémité du rotor 8 et une surface d'extrémité axiale du manchon 9 afin de pousser celle-ci vers le bloc cylindres 2. Le plateau oscillant 10 est relié au rotor 8 par un mécanisme d'accouplement articulé de manière à produire une rotation synchronisée avec le rotor 8. A cet effet, le rotor possède un premier bras 8a qui fait saillie axialement vers l'extérieur à partir d'une de ses surfaces latérales. Le plateau oscillant 10 possède également un deuxième bras 10a faisant saillie vers le premier bras 8a du rotor 8 à partir d'une de ses surfaces latérales. Dans ce mode de réalisation, comme le montre la figure 6, le deuxième bras 10a est formé de manière séparée par rapport au plateau oscillant 10 et est fixé sur une surface latérale de celui-ci. Les bras 8a, lOa se chevauchent l'un l'autre et sont reliés l'un à l'autre au moyen d'une goupille 11 qui s'étend dans un trou de forme rectangulaire 8b formé à travers le bras 8a du rotor 8 et un trou de goupille 10b formé à travers le deuxième bras 10a du plateau oscillant 10. De cette manière, le rotor 8 et le plateau oscillant 10 sont articulés l'un à l'autre. Dans cette construction, la goupille 11 est disposée de manière coulissante dans le trou rectangulaire 8b, et son mouvement de coulissement à l'intérieur du trou rectangulaire 8b modifie l'angle d'inclinaison de la surface inclinée du plateau oscillant 10. Le bloc cylindres 2 possède une pluralité de cylindres 2a disposés de manière annulaire, à l'intérieur desquels coulissent des pistons 20. 3 2791401 Un agencement typique comprend cinq cylindres, mais l'appareil peut être équipé d'un nombre de cylindres inférieur ou supérieur. Chaque piston 20 comprend une partie de tête 21 montée coulissante à l'intérieur du cylindre 2a. Des patins hémisphériques 19 sont disposés sur les deux faces latérales du plateau oscillant 10 et sont tournés vers la surface intérieure des pistons 20 afin de coulisser le long de la surface latérale du plateau oscillant 10. La rotation de l'arbre d'entraînement 4 fait tourner le plateau oscillant 10 entre les patins 19 et bouger la surface inclinée axialement vers la droite et vers la gauche, faisant ainsi aller et venir les pistons 20 dans les cylindres 2a. La culasse 26 est formée de manière à définir une chambre d'aspiration 27 et une chambre de refoulement 28. La plaque porte- soupapes 24, qui est fixée avec la culasse 26 à l'extrémité du bloc cylindres 2 par des boulons, présente une pluralité d'orifices d'aspiration à soupapes 22 reliant la chambre d'aspiration 27 et les cylindres respectifs 2a, et une pluralité d'orifices de refoulement à soupapes 23 reliant la chambre de refoulement 28 et les cylindres respectifs 2a. Des joints statiques 25, 29 sont placés entre le bloc cylindres 2 et la plaque porte-soupapes 24 et entre celle-ci et la culasse 26, afin de joindre de façon étanche les surfaces d'accouplement du bloc cylindres, de la plaque porte-soupapes et de la culasse. La chambre d'arbre la et la chambre d'aspiration 27 sont reliées par un passage 30 qui comprend un orifice 30a formé à travers la plaque portesoupapes 24 et à travers les joints statiques 25, 29 et qui s'étend dans l'alésage 2a formé dans le bloc cylindres 2. Dans l'alésage b du passage 30 est monté, du côté de l'ouverture qui est tournée vers la chambre d'arbre la, un élément de couplage 31 possédant un petit orifice 31a. De l'autre côté de l'alésage 30b est monté un élément de soufflet 34 contenant du gaz et muni d'un pointeau 34a. La position axiale de l'élément de soufflet 34 est déterminée par un élément de cadre 33 disposé dans l'alésage 30b. L'ouverture et la fermeture du petit orifice 31a qui relie la chambre d'arbre moteur la et l'alésage 30b sont commandées par le pointeau 34a. Au moins un orifice 33a est formé à travers le cadre 33 pour établir une communication entre l'ouverture 30a et l'alésage 30b. En fonctionnement, l'arbre d'entraînement 4 est entraîné en rotation par le moteur d'un véhicule par l'intermédiaire d'un système à 4 2791401 poulie, non représenté, et le rotor 8 tourne avec l'arbre d'entraînement 4. La rotation du rotor 8 est transmise au plateau oscillant 10 par le mécanisme de couplage articulé de sorte que, par rapport au rotor 8, la surface inclinée du plateau oscillant 10 se déplace axialement vers la droite et vers la gauche. Du fait que les pistons 20 sont reliés fonctionnellement au plateau oscillant 10 et que celui-ci coulisse entre les patins 19, les pistons effectuent un mouvement de va-et-vient à l'intérieur des cylindres 2a. Au cours de ce mouvement, le gaz frigorifique qui pénètre dans la chambre d'aspiration 27 depuis l'orifice d'entrée du fluide 27a est amené dans chaque cylindre 2a pour y être comprimé. Le gaz frigorifique comprimé est refoulé à travers l'orifice de refoulement 23 vers la chambre de refoulement 28 de chaque cylindre 2a et de là, il est refoulé à travers l'orifice de sortie de fluide 28a dans un circuit de fluide externe, par exemple, un circuit de refroidissement. Comme le montrent les figures 7 et 8, des soupapes d'aspiration 36 en forme de lame, réalisées dans un matériau élastique métallique, tel qu'une plaque en acier inoxydable, sont montées mobiles élastiquement entre une position de fermeture dans laquelle elles sont en contact avec la plaque porte-soupapes 24 et ferment les orifices d'aspiration 22 et une position d'ouverture dans laquelle elles sont séparées de la plaque porte-soupapes 24 et ouvrent les orifices d'aspiration 22. Lorsque les soupapes d'aspiration sont déplacées vers la position d'ouverture, leur extrémité vient en appui contre une butée constituée par un évidement 2b formé dans la face d'extrémité axiale du bloc cylindres 2. L'amplitude du déplacement de la soupape d'aspiration 36 est donc déterminée par la profondeur de l'évidement 2b par rapport à la face d'extrémité axiale du bloc cylindres 2. Cependant, on a découvert que cette construction classique de la butée de soupape d'aspiration 2b entraîne le problème selon lequel, à chaque déplacement de la soupape d'aspiration 36 de la position de fermeture en contact avec la plaque porte-soupapes 24 à la position d'ouverture en butée contre le fond de l'évidement 2b, la soupape d'aspiration 36 est soumise à une vibration auto-induite causée par le flux de gaz frigorifique aspiré dans les cylindres en raison de la course d'aspiration du piston. 2791401 La vibration provoque un son ou bruit produit dans l'évaporateur du circuit de conditionnement d'air. En particulier, lorsque le compresseur est dans une condition de fonctionnement telle que la quantité de flux en circulation de gaz frigorifique dans le circuit de conditionnement d'air est faible, c'est-à-dire soit en mode de marche à vide du compresseur, soit en fonctionnement à une vitesse de rotation faible, l'extrémité de chaque soupape d'aspiration 36 n'est pas suffisamment déplacée vers la position d'ouverture dans laquelle elle repose de façon stable et est arrêtée par le fond de l'évidement 2b. La soupape d'aspiration 36 est alors soumise à une vibration irrégulière sous l'influence d'une modification du flux de gaz frigorifique aspiré dans le cylindre 2a, ce qui produit un bruit ou un cliquetis. Par contre, si la profondeur de chaque évidement 2b est réduite, la vibration susmentionnée peut être supprimée, mais, étant donné que l'amplitude du déplacement de la soupape flexible d'aspiration 36 de la position fermée à la position ouverte est alors réduite, une quantité suffisante de fluide frigorifique ne peut pas pénétrer dans le cylindre 2a pendant la course d'aspiration du piston et par conséquent, le gaz frigorifique dans le cylindre 2a est soumis à une compression excessive et la température du gaz frigorifique refoulé s'élève de manière défavorable. L'objet de la présente invention est d'éliminer les lacunes susmentionnées présentées par les compresseurs à pistons classiques muni de soupapes d'aspiration en forme de lame. Un autre objet de la présente invention est de proposer un appareil de déplacement de fluide, tel qu'un compresseur du type à piston dont la construction autour de la butée est améliorée afin de supprimer la vibration des soupapes d'aspiration et de permettre à une quantité suffisante de gaz frigorifique de s'écouler dans les chambres de compression pendant la course d'aspiration des pistons. Un objet supplémentaire de la présente invention est de proposer un compresseur du type à piston utilisable pour former un système de conditionnement d'air silencieux. L'appareil de déplacement de fluide selon l'invention comprend un bloc cylindres dans lequel sont montés plusieurs cylindres, une culasse fermant une extrémité axiale du bloc cylindres pour former une chambre d'aspiration, une plaque porte-soupapes disposée entre le bloc 6 2791401 cylindres et la culasse et possédant un orifice d'entrée pour introduire un gaz frigorifique devant être comprimé dans ladite chambre d'aspiration, au moins une soupape d'aspiration en forme de lame disposée sur une face de ladite plaque porte-soupapes, ladite soupape d'aspiration ayant une extrémité fixée sur la plaque porte-soupapes et une extrémité libre pour fermer et ouvrir ledit orifice d'entrée, au moins un évidement de limitation formé dans une paroi intérieure adjacente se trouvant à une extrémité ouverte du bloc cylindres pour limiter le déplacement de l'extrémité libre de la soupape d'aspiration, ledit évidement de forme concave et ayant une profondeur prédéterminée et des moyens de dilatation formés autour de l'évidement, en communication fluidique avec l'évidement, afin de permettre la dilatation du gaz frigorifique introduit. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit à présent en regard des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de face partielle d'un compresseur à plateau oscillant sans sa culasse et muni d'une butée de soupape selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 est une vue de face partielle agrandie de la face arrière du bloc cylindres du compresseur à plateau oscillant de la figure 1 et montrant une butée de soupape selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 et montrant un deuxième mode de réalisation de la butée de soupape selon l'invention; la figure 5 est une vue analogue à la figure 3 et montrant un troisième mode de réalisation de butée de soupape selon l'invention; la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur à plateau oscillant classique; la figure 7 est une vue analogue à la figure 1 et montrent une butée de soupape classique; et La figure 8 est une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 7. On décrira à présent le compresseur à plateau oscillant selon la présente invention en référence aux figures. Cependant, les modes de réalisation décrits ci-après sont applicables au compresseur à plateau 7 2791401 oscillant classique représenté sur les figures 6, 7 et 8. La description qui va suivre concerne donc des modes de réalisation de structures différentes s'appliquant au compresseur à plateau oscillant classique. La figure 1 représente une vue partielle d'un mode de réalisation de compresseur selon l'invention sans sa culasse, et montre une construction de plaque porte-soupapes selon la présente invention et la figure 2 représente une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 1. Le compresseur à plateau oscillant est identique à celui décrit précédemment, comme il ressort de la description qui va suivre. Le compresseur comprend un bloc cylindres 2 ayant à l'intérieur une pluralité de cylindres axiaux 2a formant des chambres de compression afin de permettre à des pistons 20 qui y sont montés d'effectuer un mouvement de va-et-vient pour comprimer un gaz frigorifique. Une culasse 26 ferme une extrémité axiale du bloc cylindres 2, formant ainsi une chambre d'aspiration 27 pour recevoir un gaz frigorifique devant être comprimé et une chambre de refoulement 28 pour recevoir le gaz frigorifique comprimé. La culasse 26 possede un orifice d'entrée 27a pour introduire dans la chambre d'aspiration 27 le gaz frigorifique qui doit être comprimé à partir d'un circuit de conditionnement d'air extérieur (non représenté), et un orifice de sortie 28a pour refouler le gaz frigorifique comprimé de la chambre de refoulement 28 vers le circuit de conditionnement d'air extérieur. Une plaque porte-soupapes 24 est fixée entre la culasse 28 et le bloc cylindres 2. Dans la plaque porte-soupapes sont formés un orifice d'aspiration 22 permettant d'établir une communication fluidique entre la chambre d'aspiration 27 et les chambres de compression et un orifice de refoulement 23 permettant une communication fluidique entre la chambre de refoulement 28 et les chambres de compression. Sur l'autre face de la plaque porte-soupapes 24 sont fixées plusieurs soupapes d'aspiration 36 en forme de lame, susceptibles de se déplacer entre une position de fermeture o elles sont en contact avec la plaque porte- soupapes 24 afin de fermer l'orifice d'aspiration 22 et une position d'ouverture o elles sont séparées de la plaque porte-soupapes 24 pour ouvrir l'orifice d'aspiration 22. Chaque soupape d'aspiration 36 s'étend sensiblement dans le sens diamétral du cylindre correspondant 2a et a une extrémité libre. Le compresseur comprend en outre des dispositifs de limitation de mouvement constitués par plusieurs évidements 8 2791401 concaves 2b formés dans la face d'extrémité axiale du bloc cylindres 2 pour arrêter le mouvement de l'extrémité libre de chaque soupape lorsque celle-ci se déplace vers la position d'ouverture. Chaque évidement concave 2b est formé dans une paroi intérieure qui est adjacente à une extrémité ouverte du bloc cylindres 2 afin de limiter le mouvement de l'extrémité libre de la soupape d'aspiration 36 lorsque celle-ci s'ouvre. Un évidement concave 2c est formé autour de l'évidement concave 2b afin d'être en communication fluidique avec celui- ci et permettre au flux de gaz d'aspiration introduit à partir de l'orifice d'aspiration 22 de se dilater. L'évidement de dilatation 2c a une profondeur différente de celle de l'évidement de limitation 2b. Ainsi, même si le gaz frigorifique est aspiré dans le cylindre 2a immédiatement pendant que l'extrémité libre de la soupape d'aspiration 36 vient en contact avec l'évidement de limitation 2b, l'évidement de dilatation 2c fait dilater le flux de gaz d'aspiration introduit à partir de l'orifice d'aspiration 22. Etant donné que le gaz frigorifique n'engendre pas de phénomène d'écoulement turbulent parce que le gaz d'aspiration réduit sa pression et sa vitesse, l'aspiration n'entraîne pas une vibration auto-induite de la soupape. De plus, étant donné que les soupapes d'aspiration 36 s'ouvrent et se ferment progressivement, le gaz d'aspiration s'écoule dans les cylindres 2a de manière stable et efficace. Ainsi, l'évidement de dilatation 2c est conçu pour être en communication fluidique avec l'évidement de limitation 2b. La profondeur de l'évidement de dilatation concave 2c est différente de celle de l'évidement de limitation 2b. L'évidement de dilatation 2c peut présenter différentes configurations et le nombre de ces évidements peut varier et être par exemple simple ou multiple. La figure 3 montre une face d'extrémité de bloc cylindres 2 sur laquelle sont formés des évidements concaves. Sur cette figure, l'évidement 2c s'étend vers le cylindre 2a de telle sorte qu'une fraction de cet évidement concave recouvre deux extrémités de l'évidement de limitation 2b. L'évidement de dilatation 2c comprend une première partie concave 2ci et une deuxième partie concave 2c2 reliée à une partie de bord de la première partie concave 2ci. La première partie concave 2ci et la deuxième partie concave 2c2 sont semblables à 9 2791401 l'évidement 2b, qui est en forme d'arc, et elles ont respectivement un rayon de courbure supérieur à celui de l'évidement 2b. La première partie concave 2ci et la deuxième partie concave 2c2 ont de préférence une profondeur supérieure à celle de l'évidement 2b, mais elles peuvent aussi bien avoir une profondeur inférieure à celle de l'évidement 2b. La figure 4 montre une autre forme de réalisation des évidements. Une partie concave 2c3 s'étend vers le cylindre 2a de telle sorte qu'une fraction de cette partie concave recouvre une partie centrale de l'évidement 2b. De préférence, la partie concave 2c3 présente une profondeur supérieure à celle de l'évidement 2b, mais elle peut aussi bien avoir une profondeur inférieure à celle de l'évidement 2b. La figure 5 montre encore une autre forme de réalisation des évidements. Une partie concave 2c4 s'étend vers le cylindre 2a de telle sorte qu'une fraction de cette partie concave recouvre entièrement l'évidement 2b. La partie concave 2c4 a la même forme que l'évidement 2b, qui est en forme d'arc mais a un rayon de courbure supérieur à celui de l'évidement 2b. La partie concave 2c4 a de préférence une profondeur supérieure à celle de l'évidement 2b mais elle peut aussi bien avoir une profondeur inférieure à celle de l'évidement 2b. Dans la construction selon ces modes de réalisation, il est possible d'obtenir sensiblement le même avantage qu'avec celles qui ont été décrites à propos des modes de réalisation décrits ci-dessus. Bien que la présente invention ait été décrite à propos de modes de réalisation préférés, l'invention ne s'y limite pas. L'homme du métier comprendra aisément que des variations et des modifications peuvent facilement être apportées dans le cadre de cette invention. Bien que la présente invention ait été ainsi largement décrite avec les compresseurs classiques présentés ci-dessus, il sera possible à l'homme du métier de mettre cette invention en pratique dans divers autres compresseurs. Par exemple, ces modes de réalisation peuvent être appliqués dans les compresseurs à came plate ou à déplacement fixe. t0 2791401 REVENDICATIONS 1. Appareil de déplacement de fluide, tel qu'un compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend: un bloc cylindres (2) dans lequel sont montés plusieurs cylindres (2a); une culasse (26) fermant une extrémité axiale dudit bloc cylindres (2) pour former une chambre d'aspiration (27); une plaque porte-soupapes (24) disposée entre ledit bloc cylindres (2) et ladite culasse et possédant un orifice d'entrée (22) pour introduire un gaz frigorifique devant être comprimé dans ladite chambre d'aspiration (27); au moins une soupape d'aspiration en forme de lame (36) disposée sur une face d'extrémité de ladite plaque porte-soupapes (24) et ayant une extrémité fixée sur ladite plaque porte-soupapes (24) et une extrémité libre pour fermer et ouvrir ledit orifice d'entrée (22); au moins un évidement de limitation (2b) formé dans une paroi intérieure adjacente se trouvant à une extrémité ouverte du bloc cylindres (2), ledit évidement servant à limiter le mouvement d'ouverture de l'extrémité libre de ladite soupape d'aspiration (36), ledit évidement (2b) étant de forme concave et ayant une profondeur prédéterminée; et des moyens de dilatation (2c) formés autour dudit évidement (2b), en communication fluidique avec ledit évidement afin de dilater ledit gaz frigorifique introduit. 2. Appareil de déplacement de fluides selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de dilatation sont constitués par un évidement (2c) ayant une profondeur différente de celle dudit évidement de limitation (2b). 3. Appareil de déplacement de fluides selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur dudit évidement de dilatation (2c) est supérieure à celle de l'évidement de limitation (2b). 4. Appareil de déplacement de fluides selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur dudit évidement de dilatation (2c) est inférieure à celle dudit évidement de limitation (2b). 5. Appareil de déplacement de fluides selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit évidement de dilatation (2c) s'étend vers ledit cylindre (2a) de telle sorte qu'une partie dudit évidement soit mise en communication fluidique avec ledit évidement de limitation (2b). 1 1 2791401 6. Appareil de déplacement de fluides selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit évidement (2c) comprend plusieurs parties d'évidement (2ci, 2c2; 2c3; 2c4) mises en communication fluidique avec deux côtés dudit évidement de limitation (2b).