Brevet FR2823261A1 — publié le 20021011

COMPRESSEUR À PISTONS AXIAUX À CYLINDRÉE VARIABLE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable utilisable dans un appareil de climatisation de véhicule. Plus particulièrement, l'invention concerne un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable comportant un mécanisme simple à charnière unique d'accouplement entre un rotor et une plaque de poussée. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE La figure 1 montre un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable d'un type connu, utilisé dans un appareil de climatisation de véhicule. Le carter du compresseur A comprend un carter avant 7, un bloc-cylindres 6 et un carter arrière 8 qui sont tous assemblés au moyen de boulons 15. Un arbre d'entraînement 1 traverse le carter avant 7 et le bloc-cylindres 6. L'arbre d'entraînement est supporté et tourne dans le carter avant 7 et le bloc-cylindres 6 dans des roulements 11 et 12. Le bloccylindres 6 comporte plusieurs alésages de cylindre 6a, disposés à espacements angulaires égaux autour de l'axe 20 de l'arbre d'entraînement 1. Un piston 5 est monté coulissant dans chaque alésage de cylindre 6a. Les pistons 5 sont capables d'effectuer un mouvement alternatif dans une direction parallèle à l'axe 20. Un rotor 2 est solidaire de l'arbre d'entraînement 1 afin de pouvoir tourner avec ce dernier. Le rotor 2 comprend deux bras 2a comportant chacun à son extrémité un trou oblong 3b. Le carter avant 7 et le bloccylindres 6 définissent ensemble une chambre de carter 30. A l'intérieur de cette chambre est située une plaque inclinée 3 comportant sur sa partie centrale une ouverture 3c pour le passage de l'arbre d'entraînement 1. L'ouverture de passage 3c possède un forme complexe de nature à permettre la variation de l'inclinaison de la plaque inclinée 3 par rapport à l'axe 20. La plaque inclinée 3 est munie, sur son côté tourné vers le carter avant 7, de deux bras 3a sur l'extrémité desquels est fixé un pivot 3b disposé tangentiellement par rapport à un cercle décrit par la partie terminale des bras 3a lors de la rotation de la plaque de poussée autour de l'axe 20 (donc disposé perpendiculairement au plan de la figure). Le pivot 3b est monté coulissant dans les trous oblongs 2b. Du fait que le pivot 3b peut se déplacer dans les trous oblongs 2b, il est possible de faire varier l'inclinaison de la plaque inclinée 3 par rapport à l'axe 20. Grâce à cette variation de l'inclinaison, la course des pistons 5 et par conséquent la cylindrée du compresseur A va changer. Ce mécanisme d'accouplement formé des bras 2a sur le rotor 2, des trous oblongs 2b sur les bras 2a, du pivot 3b et des bras 3a solidaires de la plaque de poussée, sera ci-après désigné par mécanisme à articulation 9. Le document du brevet japonais 2001-200783, en particulier, propose divers mécanismes à articulation de ce type. La zone circonférentielle de la plaque inclinée 3 a la forme d'un anneau plat et est reliée de manière coulissante à la queue des pistons 5 par l'intermédiaire d'une paire de patins 4. Quand l'arbre d'entraînement est entraîné en rotation par une source motrice extérieure (non illustrée), le rotor 2 tourne également autour de l'axe 20 avec l'arbre d'entraînement 1. La plaque inclinée 3 est également mise en rotation par le moteur 2 par l'intermédiaire du mécanisme à articulation 9. Au cours de la rotation de la plaque inclinée 3, la partie circonférentielle de cette dernière exécute un mouvement de nutation. Seule la composante du mouvement de nutation de la plaque de poussée 3 qui est parallèle à l'axe 20 et transmise aux pistons 5 par l'intermédiaire des patins 4. Il s'ensuit que les pistons 5 exécutent un mouvement de va-et-vient dans chaque cylindre 6a. Un fluide frigorigène provenant d'un circuit de réfrigération extérieur (non illustré) est introduit de manière répétée dans une chambre de compression 50 qui est définie par la tête du piston 5, la paroi du cylindre 6a, et une plaque de valves 40. Ce frigorigène est comprimé par le piston 5 et est refoulé vers le circuit de réfrigération extérieur. Ce compresseur conventionnel doit être amélioré comme il sera expliqué ci-dessous. La figure 2 montre une vue en coupe partielle selon la ligne IN-IL de la figure 1, dans la direction Z. Sur la figure 2, comme indiqué plus haut, la mécanique à articulation 9 comprend deux bras de rotor 2al, 2a2, deux bras de plaque inclinée 3al, 3a2 et un long pivot 3b. L'agencement mécanique de ce mécanisme est le suivant. Le plan II du système de coordonnées x, y est un plan perpendiculaire à l'axe 20 et immobile par rapport à la plaque inclinée 3. Comme le montre la figure 2, le compresseur conventionnel possède six cylindres 6al, 6a2,6a3, 6a4,6a5 et 6a6. Les pistons dans chacun de ces cylindres exercent, du fait du travail de compression qu'ils accomplissent, les forces de réaction fl, f2, f3, f4, f5 et f6 sur les points (xl, yl), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4), (x5, y5) et (x6, y6) de la plaque inclinée. Une variation typique de la force fl en fonction de la position du piston sur son cycle est reproduite sur le graphique de la figure 4 du document de brevet japonais Hei. 49663. La force résultante est une force F appliquée en un R et agissant sur le mécanisme 9 et a pour coordonnées X et Y telles que : X = (Zfi. xi)/Zfi Y = (Efi. yi)/Efi F =Efi (i = 1, 2, 3, 4, 5 et 6) La charge mécanique du compresseur dépend de la différence entre la pression de refoulement et la pression d'aspiration du frigorigène. La pression de refoulement et la pression d'aspiration dépendent à leur tour de la charge thermique du système de climatisation, qui variera en réponse aux variations de l'état thermique du véhicule. Ainsi, la charge mécanique du compresseur change constamment. Cette variation de la charge mécanique se traduit par une variation de la grandeur de la force résultante F agissant sur le mécanisme 9 par l'intermédiaire de la plaque inclinée 3, ainsi que par une variation de la position (X, Y) du point d'application de cette force. Lorsque la charge mécanique du compresseur est peu importante, la force résultante F est petite et son point d'application R est proche de l'axe 20 de l'arbre d'entraînement 1. Lorsque la charge mécanique du compresseur augmente, la force résultante F va s'accroître et la position de son point d'application R va s'éloigner de l'axe 20. Ainsi, quand la charge mécanique du compresseur varie, la position du point d'application R de la force résultante F décrit une courbe. D'après les simulations effectuées sur ordinateur par l'inventeur, cette courbe est essentiellement une droite t. L'axe Y de la figure 2 est défini de manière à se trouver dans un plan comprenant l'axe 20 et le point mort haut P de la plaque inclinée 3. La droite t coupe l'axe Y avec un angle 6 qui varie d'environ 15 degrés à environ 25 degrés à partir du point mort haut P en allant dans le sens de rotation de la plaque de poussée 3/rotor 2. Bien entendu, cet angle est fonction du nombre de cylindres et du type de frigorigène utilisé quand on cherche à l'estimer pour des compresseurs différents. Néanmoins, on peut généralement admettre que la courbe décrite par le point d'application de la force résultante de réaction de l'ensemble des pistons décrit une droite qui forme un angle donné par rapport au point mort haut de la plaque de poussée et dans le sens de rotation de cette dernière. Lorsque la charge du compresseur est peu élevée, le point d'application R de la force résultant F est situé sur un intervalle tl sur la droite t. Le mécanisme 9 du compresseur conventionnel reçoit la force résultante F au moyen des deux bras de rotor 2al et 2a2. Lorsque la charge du compresseur est élevée, le point d'application R de la force résultante F se trouve sur un intervalle t2 plus éloigné de l'axe 20 que l'intervalle tl. Le mécanisme 9 du compresseur conventionnel reçoit alors la force résultante F essentiellement par le bras 2al uniquement. D'après les calculs de l'inventeur, quand la charge du compresseur est peu élevée, même si le point d'application de la force résultante se trouve dans l'intervalle tl sur la droite t, la valeur de cette force est suffisamment petite pour être reprise par le seul bras de rotor 2al. Selon les mêmes calculs, la valeur de la force résultante F est certainement élevée quand la charge du compresseur est importante. Cependant, on a trouvé que même dans une situation de charge élevée, il est possible de recevoir la force résultante F au moyen d'un seul bras de rotor 2al si seulement l'intervalle t2 sur la droite t peut être compris dans une zone projetée du bras de rotor 2a2 sur le plan II. Il a donc été démontré qu'on peut omettre l'un des bras de rotor. Dans la publication du brevet japonais Hei 11-280645, un mécanisme à articulation analogue à ce qui précède est divulgué. Cependant, son premier objet est de proposer des bras auxiliaires en forme d'anse 86 pour aider à la transmission du couple entre le rotor 7 et la partie mobile d'articulation 8. Il n'est pas tenu compte dans ce brevet de prévoir un emplacement pour le mécanisme à articulation qui soit rationnel en ce que la force de réaction résultante des pistons soit reprise d'une manière appropriée par le mécanisme à articulation. RESUME DE L'INVENTION L'objet de la présente invention est de proposer un mécanisme simplifié d'accouplement du rotor et de la plaque inclinée d'un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable. Selon la présente invention, le compresseur comprend un unique mécanisme à articulation reliant le rotor à la plaque inclinée, comprenant un seul bras de rotor, un seul bras de plaque inclinée, et un pivot court. Ce mécanisme est de structure simple et s'assemble facilement en fabrication. Le deuxième objet de la présente invention est de reprendre d'une manière rationnelle la force de réaction résultante des pistons en optimisant la taille et la position du mécanisme, plus précisément l'emplacement de la surface de contact entre le trou oblong et le pivot, en tenant compte à l'avance de la courbe décrite par le point d'application de la force résultante. En modifiant la structure du mécanisme à articulation de manière à passer d'un agencement avec deux bras de rotor, deux bras de plaque inclinée et un pivot long, à un agencement avec un seul bras de rotor, un seul bras de plaque de poussée et un pivot court, il est possible de réduire le poids du compresseur de façon très sensible. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation préférés, faite en regard des dessins dans lesquels ; la figure 1 montre une vue en coupe longitudinale d'un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable conventionnel ; la figure 2 montre une vue partielle en coupe transversale du compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable de la figure 1, selon la droite II-II vue dans la direction Z ; la figure 3 montre une vue en coupe longitudinale d'un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable selon la présente invention ; et la figure 4 montre une vue partielle en coupe transversale du compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable de la figure 3, selon la droite IV-IV vue dans la direction Z. la figure 3 montre un compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable A'selon la présente invention. La structure de ce compresseur est la même que celle du compresseur conventionnel A illustré sur la figure 1. C'est pourquoi les éléments homologues sur les figures 1 et 3 sont affectés des même numéros. Chacune des fonctions assurées par chaque composant et le fonctionnement du compresseur sont les mêmes pour les compresseurs illustrés sur les figures 1 et 3. La principale caractéristique de la présente invention tient à la structure du mécanisme à articulation. Celui-ci comprend un bras de rotor unique, un bras de plaque inclinée unique et un pivot court. La différence entre le mécanisme du compresseur conventionnel et celui selon la présente invention se remarque clairement en comparant la figure 2 et la figure 4. On voit sur la figure 2 que le mécanisme 9 comprend deux bras de rotor 2al, 2a2, deux de bras de plaque inclinée 3al, 3a2 et un long pivot 3b. La figure 4 montre une vue partielle en coupe du compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable de la figure 3, selon la droite IV-IV et vue dans la direction Z. Sur la figure 4, le mécanisme à articulation 9' selon la présente invention ne comprend qu'un seul bras de rotor 2a', un seul bras de plaque inclinée 3a'et un pivot court 3b'. Sur les figures 3 et 4, le bras de rotor unique 2a's'étend vers la plaque inclinée 3 à partir du rotor 2, le bras de plaque inclinée unique 3a' s'étend vers le rotor 2 à partir de la plaque inclinée 3, et un pivot court 3b'. Sur la figure 4, la surface cylindrique de la partie gauche du pivot court 3b's'engage de manière coulissante dans un trou oblong 2b'du bras de rotor 2a'. La raison pour laquelle la force résultante de réaction des pistons peut être supportée au moyen du mécanisme à articulation unique a déjà été expliquée, mais va être réitérée brièvement. Elle tient au fait, comme on le voit sur la figure 4, que le point d'application R de la force résultante F des forces de réaction des pistons agissant sur la plaque inclinée 3 se déplace le long de la courbe t. L'intervalle désigné par tl représente l'intervalle parcouru par ledit point d'application R lorsque la charge du compresseur est peu élevée. La zone S sur la figure 4 constitue la projection, sur un plan II perpendiculaire à l'axe 20 et fixe par rapport à la plaque inclinée 3, de la zone de contact du pivot court 3b'et de la paroi interne du trou oblong 2b'. Quand la charge du compresseur est peu élevée, bien que le point d'application R de la force résultante F ne soit pas dans la zone S, cette dernière peut être reprise même par le mécanisme unique 9'sans contrainte excessive parce que la force résultante F est peu importante. L'intervalle désigné par t2 est l'intervalle décrit par le point d'application R lorsque la charge du compresseur est élevée. Dans une telle situation, le point d'application va se rapprocher de ladite zone S ou y pénétrer. Autrement dit, la position et la taille du mécanisme 9'sont conçues de manière à ce que la zone S englobe l'intervalle t2 de la courbe t décrite par le point d'application R. Cela signifie que lorsque la charge du compresseur est élevée et que la force résultante est appliquée en un point situé sur la zone S, cette force résultante sera reprise de manière sûre et ferme par la surface de contact entre la paroi interne du trou oblong 2b'et la partie gauche du pivot court 3b'. La présente invention permet ainsi d'agencer un mécanisme à articulation ne comportant qu'une seule articulation. Par suite de la présente invention, le mécanisme à articulation 9' peut s'assembler facilement et le poids du compresseur être réduit sensiblement. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant au mode de réalisation préféré, elle n'y est pas limitée. L'homme du métier saura y apporter des modifications sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATION 1. Compresseur à pistons axiaux à cylindrée variable (a') comprenant : un carter avant (7) ; un bloc-cylindres (6) ; un carter arrière (8) ; un arbre d'entraînement (1) monté rotatif dans ledit carter avant (7) et ledit bloc-cylindres ; un rotor (2) fixé audit arbre d'entraînement (1) de manière à pouvoir tourner avec ledit arbre d'entraînement (1) ; plusieurs pistons (5) montés coulissants dans des alésages de cylindre (6a) disposés autour de l'axe (20) dudit arbre d'entraînement (1) ; une plaque inclinée (3) traversée dans sa partie centrale par ledit arbre d'entraînement (1) et à laquelle lesdits pistons (5) sont connectés par l'intermédiaire d'une paire de patins (4) ; un mécanisme d'articulation (9') entre ledit rotor (2) et ladite plaque inclinée (3) permettant d'incliner celle-ci par rapport audit axe (20) dudit arbre d'entraînement (1), caractérisé en ce que : ledit mécanisme à articulation (9') comprend un seul bras (2a') s'étendant à partir dudit rotor (2) vers ladite plaque inclinée (3), un trou oblong (2b') formé dans ledit bras (2a'), un bras unique (3a') s'étendant à partir de ladite plaque inclinée (3) vers ledit rotor (2), et un pivot court (3b') dont une partie est fixée audit bras de plaque inclinée (3a') et dont la partie restante est en contact coulissant avec la paroi interne dudit trou oblong (2b'), et en ce qu'une zone (S) définie comme la projection de la surface de contact entre la paroi interne dudit trou oblong (2b') avec ladite partie restante du pivot (3b') sur un plan perpendiculaire audit axe (20), et immobile par rapport à ladite plaque de poussée (3), est conçue de manière à inclure un intervalle (t2), correspondant à une charge élevée, sur la courbe (t) décrite sur ledit plan par un point d'application (R) de la résultante (F) des forces de réaction de l'ensemble desdits pistons (5).