Brevet FR2818329A1 — publié le 20020621

i 2818329 COMPRESSEUR A CYLINDREE VARIABLE DU TYPE A PLATEAU OSCILLANT. DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un compresseur à cylindrée variable du type à plateau oscillant utilisable dans un climatiseur automobile. Plus particulièrement, cette invention concerne un compresseur à cylindrée variable du type à plateau oscillant pouvant efficacement maintenir un jeu de fond de piston à une faible valeur pour une plage nécessaire d'angle d'inclinaison du plateau oscillant, et pouvant réduire les vibrations du compresseur. DESCRIPTION DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Sur la figure 1 est représenté un compresseur à cylindrée variable du type à plateau oscillant connu 100 utilisé dans un climatiseur automobile. Le carter du compresseur 100 comprend un boîtier avant 101, un bloc cylindres 102, et un boîtier arrière 103. Un arbre d'entraînement 104 est agencé pour passer dans l'axe du boîtier avant 101 et du bloc cylindres 102. L'arbre d'entraînement 104 est supporté en rotation par le boîtier avant 101 et le bloc cylindres 102 par l'intermédiaire de paliers 105 et 106. Dans le bloc cylindres 102, plusieurs alésages de cylindres sont prévus de manière équiangulaire autour d'un axe 108 de l'arbre d'entraînement 104. Dans chaque alésage de cylindre 107, un piston 109 est monté coulissant. Les pistons 109 peuvent se déplacer alternativement dans la direction parallèle à l'axe 108. Un rotor 110, fixé à l'arbre d'entraînement 104, tourne conjointement avec ce dernier. Le rotor 110 est équipé d'un bras 1 10a à l'extrémité duquel un trou oblong 110h est pratiqué. Le boîtier avant 101 et le bloc cylindres 102 définissent ensemble une chambre de manivelle 111. Dans la chambre de manivelle 111 est monté un plateau oscillant 112 ayant un trou de pénétration 112c dans sa partie centrale, dans lequel pénètre l'arbre d'entraînement 104. Le trou de pénétration 112c du plateau oscillant 112 a une forme complexe afin de permettre la modification de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 112 par rapport à l'axe 108. Sur la surface latérale avant du plateau oscillant 112, un bras 112a est prévu à l'extrémité duquel est fixée une broche 2 2818329 112p faisant saillie dans une direction tangente à un lieu géométrique circulaire de l'extrémité du bras 112a, décrit lorsqu'il tourne autour de l'axe 108 (c'est-à-dire, perpendiculairement à la feuille). La broche 112p est engagée de manière coulissante dans le trou oblong 110h. Comme la broche 112p peut se déplacer dans le trou oblong 110h, l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 112 peut varier par rapport à l'axe 108. Ci-après, le mécanisme de liaison comprenant le bras 110a du rotor, le trou oblong 110h du bras 1 10a, la broche 112p, et le bras 112a du plateau oscillant 112 est désigné par C1. La partie circonférentielle du plateau oscillant 112 a la forme d'un anneau plan, et est raccordée de manière coulissante à la partie arrière des pistons 109 par l'intermédiaire de paires de patins 113. Lorsque l'arbre d'entrainement 104 est entrainé par une source d'énergie extérieure (non représentée), le rotor 110 tourne aussi autour de l'axe 108, conjointement avec l'arbre d'entraînement 104. Le plateau oscillant 112 est également mis en rotation par le rotor 110 par l'intermédiaire du mécanisme de liaison C 1. Simultanément avec la rotation du plateau oscillant 112, la partie circonférentielle du plateau oscillant 112 effectue un mouvement oscillant. Seule une composante de mouvement dans le sens axial parallèle à l'axe 108 de la partie circonférentielle oscillante du plateau oscillant 112 est transférée aux pistons 109 par l'intermédiaire des patins coulissants 113. Il en résulte que les pistons 109 sont mus alternativement dans les alésages de cylindres 107. Selon un principe de fonctionnement bien connu d'un circuit de réfrigération, on répète l'introduction du réfrigérant à partir d'un circuit de réfrigération externe (non représenté) dans une chambre de compression 115 qui est définie par le fond du piston 109, l'alésage de cylindre 107 et une plaque porte-soupape 114, puis la compression du réfrigérant par le piston 109 en mouvement de va et vient, et la décharge du réfrigérant dans le circuit de réfrigération externe. Cependant, ce compresseur conventionnel présente les défauts suivants. Premièrement, dans ce compresseur conventionnel 100, le centre de variation de l'angle d'inclinaison est conçu pour être situé à un point 116 d'intersection de la ligne médiane 117 du plateau oscillant 112 et de l'axe 108, comme montré sur la figure 1. La position du centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 112 est fonction de la conception de la forme du trou de pénétration 112c du plateau oscillant 112. Par ailleurs, le centre de gravité 118 du plateau oscillant 112 est situé à un point relativement éloigné de l'axe 108 dans la direction ascendante dans la situation montrée sur la figure 1. Du fait de ce décalage du centre de gravité 118 par rapport à l'axe 108, il subsiste un déséquilibre. Ainsi, lorsque l'arbre d'entraînement est entraîné en rotation, ce déséquilibre génère une vibration dans l'ensemble du compresseur. Deuxièmement, dans la fabrication elle-même, le mécanisme de liaison Cl1 est difficile à fabriquer avec une haute précision en raison de sa forme plutôt compliquée. Il est de ce fait difficile de supprimer l'apparition d'un jeu substantiel entre le trou oblong 110h et la broche 112p. Ce jeu affecte défavorablement la durabilité du compresseur 100. Troisièmement, un problème existe pour contrôler le jeu de fond de piston. Le jeu de fond de piston est la distance entre le fond du piston 109 et la plaque porte-soupape 114 lorsque la position du piston est au point mort haut. En référence à la figure 6, la courbe L1 montre la relation entre l'angle d'inclinaison 0 du plateau oscillant 112 et le jeu de fond de piston pour le mécanisme de liaison C1. Idéalement, on souhaite que le jeu de fond de piston d'un compresseur reste pratiquement nul pour une plage comprise entre environ 5 degrés et l'angle maximum (environ 21 degrés) de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant. S'il reste un jeu de fond de piston différent de zéro pour cette plage de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant, il restera alors un volume mort correspondant pour les chambres de compression, et le rendement volumétrique du compresseur décroît en conséquence. Sur la figure 6, on voit que plus la valeur négative du jeu de fond de piston est grande, plus le volume mort du compresseur est grand. Pour une plage de l'angle d'inclinaison entre 0 degré et environ 5 degrés, on sait dans la technique des compresseurs qu'il doit rester un certain degré de jeu de fond de piston pour une certaine raison. En observant la courbe Li, on note que pour la plage de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant comprise entre environ 5 degrés et environ 21 degrés, la courbe se développe approximativement horizontalement, et considérablement écartée de la ligne de jeu de fond de piston = 0,00. Cela signifie que dans le compresseur conventionnel, il reste un volume mort considérable pour la plage importante de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant. Par conséquent, pour le mécanisme de liaison 4 2818329 conventionnel Cl1, le jeu de fond de piston change de manière indésirable en fonction de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant, de sorte qu'il existe un besoin d'améliorer le rendement volumétrique du compresseur. RESUME DE L'INVENTION Un objet de la présente invention est de proposer un compresseur du type à plateau oscillant ayant un mécanisme de liaison du rotor et du plateau oscillant qui supprime le jeu de fond de piston. Selon la présente invention, le compresseur possède un mécanisme de liaison du rotor et du plateau oscillant comprenant un bras de liaison ayant deux pivots. Ce mécanisme de bras de liaison fournit en pratique un mécanisme de liaison du rotor et du plateau oscillant ayant un jeu extrêmement libre. Un second objet de la présente invention est de positionner le centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant sur une position optimale afin que la variation du jeu de fond de piston en fonction de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant devienne optimale. Grâce à cette variation optimale du jeu de fond de piston, il est possible de supprimer le volume mort et d'améliorer le rendement volumétrique du compresseur pour la plage souhaitée de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un compresseur conventionnel à cylindrée variable du type à plateau oscillant; la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un compresseur à cylindrée variable du type à plateau oscillant selon la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe transversale du mécanisme de liaison du bras de liaison du compresseur de la figure 2 dans sa position d'angle d'inclinaison minimum; la figure 4 est une vue en coupe transversale du mécanisme de liaison du bras de liaison du compresseur de la figure 2 dans sa position d'angle d'inclinaison maximum; la figure 5 est une vue en coupe transversale du mécanisme de liaison du bras de liaison montrant les définitions de divers paramètres; la figure 6 est un graphique montrant la relation entre le jeu de fond de piston et l'angle d'inclinaison du plateau oscillant d'un compresseur conventionnel et trois variantes du compresseur selon la présente invention; et les figures 7a à 7d sont des schémas de principe illustrant les phases du procédé de fabrication d'un plateau oscillant ayant un centre de variation de l'angle d'inclinaison dans une position souhaitée. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES Sur la figure 2, un compresseur à cylindrée variable du type à plateau oscillant A selon la présente invention est représenté. Le carter du compresseur A comprend un boîtier avant 7, un bloc cylindres 6, et un boîtier arrière 8. Un arbre d'entrainement 1 est agencé pour passer dans l'axe du boîtier avant 7 et du bloc cylindres 6. L'arbre d'entraînement 1 est supporté en rotation par le boîtier avant 7 et le bloc cylindres 6 par l'intermédiaire de paliers 20 et 21. Dans le bloc cylindres 6, plusieurs alésages de cylindres 6a sont prévus de manière équiangulaire autour de l'axe X de l'arbre d'entraînement 1. Dans chaque alésage de cylindre 6a, un piston 5 est monté coulissant. Les pistons 5 peuvent se déplacer alternativement dans la direction parallèle à l'axe X. Un rotor 2, fixé à l'arbre d'entrainement 1, tourne conjointement avec celui-ci. Le rotor 2 est équipé d'un bras 2a. Le boîtier avant 7 et le bloc cylindres 6 définissent ensemble une chambre de manivelle 22. Dans la chambre de manivelle 22, est monté un plateau oscillant 3 ayant un trou de pénétration 3c dans sa partie centrale, à travers lequel pénètre l'arbre d'entraînement 1. Le trou de pénétration 3c du plateau oscillant 3 a une forme complexe afin de permettre la variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 par rapport à l'arbre 1. En concevant de manière appropriée la forme du trou de pénétration 3c, le centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 peut être réglé sur une position souhaitée. Le rotor 2 et le plateau oscillant 3 sont reliés par l'intermédiaire d'un mécanisme de liaison de bras de liaison 13, qui comprend le bras 2a du rotor 2, un bras de liaison 10, et un bras 3a prévu sur la surface latérale avant du plateau oscillant 3. La partie circonférentielle du plateau oscillant 3 a la forme d'un anneau plan, et est reliée de manière coulissante à la partie arrière des pistons par l'intermédiaire d'une paire de patins 4. Lorsque l'arbre d'entrainement i est entraîne par une source d'énergie externe (non représentée), le rotor 2 tourne aussi autour de l'axe X conjointement avec l'arbre d'entraînement 1. Le plateau oscillant 3 est également mis en rotation par le rotor 2 par l'intermédiaire du mécanisme de liaison 13. Simultanément avec la rotation du plateau oscillant 3, la partie circonférentielle du plateau oscillant 3 effectue un mouvement oscillant. Seule une composante de mouvement dans le sens axial parallèle à l'axe X de la partie circonférentielle oscillante du plateau oscillant 3 est transférée aux pistons 5 par l'intermédiaire des patins coulissants 4. Les pistons 5 sont de ce fait mus alternativement dans les alésages de cylindres 6a. Selon un principe de fonctionnement bien connu d'un circuit de réfrigération, on répète l'introduction du réfrigérant à partir d'un circuit de réfrigération externe (non représenté) dans la chambre de compression 24 qui est définie par le fond de piston du piston 5, l'alésage de cylindre 6a et la plaque porte-soupape 23, puis la compression du réfrigérant par le piston alternatif 5 et la décharge du réfrigérant dans le circuit de réfrigération externe. La figure 3 est une représentation agrandie du mécanisme de liaison 13 du rotor 2 et du plateau oscillant 3 de la figure 2. Un trou 2b est pratiqué dans le bras 2a du rotor 2. Un trou 3b est pratiqué dans le bras 3a du plateau oscillant 3. Des trous 10a et lOb sont pratiqués aux deux extrémités du bras de liaison 10. Une broche 11 est introduite dans les trous 2b et lOa superposés. La direction de l'axe 1IX de la broche 11 est la direction tangente à un lieu géométrique circulaire du trou 2b tracé lorsqu'il tourne autour de l'axe X (c'est-à-dire perpendiculaire à la feuille). En fixant la broche 11 dans les trous 2b et a, le bras de liaison 10 peut tourner autour de l'axe 1 IX. Une autre broche 12 est introduite dans les trous 3b et 10b superposés. L'axe 12X de la broche 12 est parallèle à l'axe 1 lX (c'est-à-dire perpendiculaire à la feuille). En fixant la broche 12 dans les trous 3b et 0lb, le plateau oscillant 3 peut tourner autour de l'axe 12X. Ainsi, selon le mécanisme de liaison du bras de liaison 13 de la présente invention, il est possible de modifier l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 par l'intermédiaire du mécanisme à double pivot. En pratique, comme un ressort (non représenté) est placé entre le rotor 2 et le plateau oscillant 3 pour solliciter celui-ci en direction du boîtier arrière, le mouvement du plateau oscillant 3 est orienté dans une direction. Il en résulte que lorsque l'angle d'inclinaison du plateau oscillant varie, l'orbite de mouvement du plateau oscillant 3 peut être déterminée de façon unique. Sur les figures 3 et 4, le point S est le centre géométrique du plateau oscillant 3, qui était aussi le centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant pour le compresseur conventionnel. Sur les figures 3 et 4, le centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 est réglé pour se trouver sur un autre point C. Comme on le décrira ultérieurement, l'inventeur de cette invention à trouvé qu'il existe une distance de décalage optimale entre le centre géométrique S du plateau oscillant et le centre de variation actuel C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 pour laquelle le rendement volumétrique du compresseur peut être amélioré pour ce mécanisme de liaison 13. Pour ce mécanisme de liaison 13 du rotor 2 et du plateau oscillant 3, les broches 11, 12 et les trous 2b, 3b, 10a,1Ob peuvent être réalisés avec une très grande précision. Ainsi, l'apparition de jeu à l'intérieur du mécanisme de liaison 13 peut être considérablement annulée. Par consequent, la durabilité du compresseur est réellement améliorée. Sur la figure 3, le plateau oscillant est représenté dans sa position pour laquelle l'angle d'inclinaison est minimum. Dans cette position, étant donné que le centre de gravité G du plateau oscillant 3 et le centre de variation C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant sont tous les deux situés sur l'axe X, un déséquilibre ne survient pas. Aussi, dans cette position, il n'y aura pas de génération de vibrations résultant de ce déséquilibre. Sur la figure 4, le plateau oscillant est représenté dans sa position pour laquelle l'angle d'inclinaison est maximum. Dans cette position, étant donné que le centre de gravité G du plateau oscillant 3 vient se placer au-dessus de l'axe X, le déséquilibre apparaît. Mais le centre de 8 2818329 variation C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 reste toujours sur l'axe X, et inversement, le centre géométrique S du plateau oscillant 3 se déplace au-dessous de l'axe X comme montré sur la figure 4. La distance dans la direction z entre le centre de gravité G et le centre de variation C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 est inférieure à la distance dans la direction z entre le centre de gravité G et le centre géométrique S du plateau oscillant 3. Ainsi, la distance dans la direction z entre le centre de gravité G et l'axe X est inférieure à la situation conventionnelle dans laquelle le centre géométrique S a été placé sur l'axe X. Ainsi, pour le compresseur selon la présente invention, le déséquilibre dû à la distance du centre de gravité du plateau oscillant 3 à l'axe X se trouve réduit en comparaison avec le compresseur conventionnel. Par conséquent, même dans la position du plateau oscillant o l'angle d'inclinaison est maximum, la vibration résultante du compresseur est diminuée. En référence à la figure 5, le point P est l'intersection de la ligne centrale Y du plateau oscillant 3 et de l'axe K d'un piston 5. En calculant la position du point P dans la direction X, on peut voir le comportement de la variation du jeu de fond de piston par rapport à la variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3. On définit les différents paramètres comme suit: Rx: distance entre l'axe X et l'axe 11X de la broche 11 Ax: distance entre l'axe X et l'axe 12X de la broche 12 AL distance entre l'axe 1 X de la broche 11 et l'axe 12X de la broche 12 H3 distance dans la direction X entre l'axe 11X et l'axe 12X H2 distance dans la direction X entre l'axe 12X et le centre de variation C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 H: distance dans la direction X entre le centre de variation C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3 et le point P By: distance entre l'axe 12X et la ligne médiane Y Bx distance entre l'axe 12X et une ligne Y' qui passe par le centre géométrique S du plateau oscillant 3 et qui est perpendiculaire à la ligne médiane Y Off: distance dans la direction Y' entre le centre de variation C de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant et le centre géométrique S de celui-ci PCD/2: distance entre l'axe K du piston et l'axe X de l'arbre d'entraînement 1 0: angle d'inclinaison du plateau oscillant 3. Tous ces paramètres sont des constantes, sauf les variables 0, Ax, Hi, H2, et H3. La position du point P dans la direction X est donnée par la somme de H 1, H2 et H3 et d'une constante appropriée. A savoir, Jeu de fond de piston = Hi + H2 + H3 + const Eq(l) o H1 = (PCD/2)tanO + Off cosO Eq(2) H2 = (By- (BxtanO + Off)) cosO Eq(3) H3 = x(AL2 - (Ax- Rx)2) Eq(4) Ax = Bx cos 0 + By sin 0 - Off sin 0 Eq(5) Ainsi, le jeu de fond de piston du compresseur selon la présente invention est donné par les fonctions de 0 ci-dessus (l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 3). L'inventeur a effectué des calculs à l'aide des paramètres indiqués ci-après. PCD = 79,5 mm Bx = 28,6 mm By = 23, 5 mm AL = 12,5 mm Rx = 26,0 mm Off= 0, 0 mm, 2,0 mm, 1,0 mm Les résultats des calculs sont indiqués sur la figure 6. La ligne Li montre le comportement du jeu de fond de piston du compresseur conventionnel équipé du mécanisme de liaison C1, comme mentionné ci-dessus. Les lignes L2, L3 et L4 montrent le comportement du jeu de fond de piston du compresseur selon la présente invention équipé du mécanisme de liaison 13. La ligne L2 correspond à Off = 0,0 mm. La ligne L3 correspond à Off = 2,0 mm. Et la ligne L4 correspond à Off = iOmm. Ainsi qu'il est dit plus haut, le comportement du jeu de fond de piston qui se trouve à une valeur presque nulle pour une plage de 0 d'environ 5 degrés à environ 21 degrés est souhaitable. Et pour une gamme de 0 de 0 degré à environ 5 degrés, il est souhaitable que le jeu de fond de piston ait une valeur résiduelle différente de zéro. Parmi les lignes L2, L3 et L4, la ligne L4 (Off = 1 m) satisfait ces conditions. Les figures 7a à 7d représentent schématiquement comment régler la distance Off décalée entre le centre de variation F, F' de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant 30 et le centre géométrique S du plateau oscillant. En référence à la figure 7a, la partie centrale du plateau oscillant 30 est tout d'abord percée verticalement par une fraise à queue 60. Puis, le plateau oscillant 30 est incliné par rapport au point central E situé sur le centre géométrique S du plateau oscillant 30, dans le sens horaire. En résultat, comme montré sur la figure 7b, le centre de variation F de l'angle d'inclinaison sera situé à la même position que le centre géométrique S du plateau oscillant 30. En référence à la figure 7c, la partie centrale du plateau oscillant est tout d'abord percée verticalement par une fraise à queue 60. Puis, le plateau oscillant 30 est incliné par rapport au point central E' qui est situé sur une position décalée d'une valeur Off du centre géométrique S, dans le sens horaire. En résultat, comme montré sur la figure 7d, le centre de variation F' de l'angle d'inclinaison sera situé à une position décalée du centre géométrique S d'une valeur Off. Par conséquent, en choisissant de manière appropriée la distance de décalage du centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant du centre géométrique du plateau oscillant, on peut optimiser le comportement du jeu de fond de piston afin que le rendement volumétrique du compresseur pour la plage exigée de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant puisse être réellement amélioré. Ainsi, en employant la liaison de bras de liaison et en choisissant correctement la distance de décalage du centre de variation de l'angle d'inclinaison du plateau oscillant par rapport au centre géométrique du plateau oscillant, le compresseur selon la présente invention peut supprimer les vibrations, améliorer la durabilité, et améliorer le rendement volumétrique du compresseur. Bien que la présente invention ait été décrite en détail par rapport au mode de réalisation préféré, l'invention n'est pas limitée à cela. L'homme de l'art familiarisé avec la technique comprendra que des variations et modifications peuvent être réalisés tout en restant dans le domaine de cette invention. 1 12818329 REVENDICATIONS 1. Compresseur du type à plateau oscillant (A), comprenant: un boîtier avant (7), un bloc cylindres (6), un boîtier arrière (8), un arbre d'entraînement (1) supporté en rotation par ledit boîtier avant (7) et ledit bloc cylindres (6), un rotor (2) fixé audit arbre d'entraînement (1) afin de pouvoir tourner avec lui, une pluralité de pistons (5) disposés de manière coulissante dans des alésages de cylindre (6a) prévus autour de l'axe (X) dudit arbre d'entraînement (1), un plateau oscillant (3) dans la partie centrale duquel ledit arbre d'entraînement (1) pénètre et auquel sont reliés lesdits pistons (5) par l'intermédiaire d'une paire de patins (4), un mécanisme de liaison (13) entre ledit rotor (2) et ledit plateau oscillant (3) permettant audit plateau oscillant (3) de modifier son angle d'inclinaison par rapport audit axe X dudit arbre d'entraînement (1), caractérisé en ce que: ledit mécanisme de liaison (13) comprend un bras (2a) faisant saillie dudit rotor (2), un bras de liaison (10), et un autre bras (3a) faisant saillie dudit plateau oscillant (3), en ce que ledit bras (2a) et une extrémité dudit bras de liaison (10) sont reliés en rotation par une première broche (11) s'étendant dans une direction tangente au lieu géométrique circulaire décrit par la rotation de la partie d'extrémité dudit bras (2a) autour dudit axe X, et en ce que ledit autre bras (3a) et l'autre extrémité dudit bras de liaison (10) sont aussi reliés en rotation par une deuxième broche (12) s'étendant dans une direction parallèle à ladite première broche (11). 2. Compresseur du type à plateau oscillant selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que: un centre de variation (C) de l'angle d'inclinaison dudit plateau oscillant est décalé vers le centre de gravité G dudit plateau oscillant (3) à partir du centre géométrique (S) du plateau oscillant (3).