Brevet FR2854932A1 — publié le 20041119

L'invention se rapporte à un procédé pour limiter la puissance d'un compresseur, qui comprime un écoulement d'air dans au moins deux étages de compression, ainsi 5 qu'à un compresseur à étages multiples, constitué d'un carter de compresseur et d'un piston étagé entraîné de manière oscillante ou alternative, qui définissent tous les deux au moins une chambre basse pression et une chambre haute pression, la chambre basse pression étant 10 reliée à une chambre d'aspiration par l'intermédiaire d'une soupape d'entrée, la chambre haute pression à un récepteur consommateur par l'intermédiaire d'une soupape de sortie, et la chambre basse pression et la chambre haute pression étant reliées l'une à l'autre par 15 l'intermédiaire d'une soupape de transfert. De tels compresseurs à étages multiples sont utilisés pour alimenter en air des récepteurs consommateurs pneumatiques, notamment dans un véhicule automobile. Une installation d'alimentation en air correspondante est en règle générale conçue sous forme de circuit fermé, et est principalement constituée de plusieurs unités de ressort pneumatique et d'amortisseur, par exemple pour supporter une superstructure de véhicule, 25 d'un ou de plusieurs accumulateurs de pression d'air, de plusieurs unités de commande le plus souvent rassemblées en un bloc de soupapes ou de vannes, ainsi que du compresseur à étages multiples avec une unité de séchage d'air. Le compresseur à étages multiples a pour but de transférer de l'air comprimé d'unités individuelles de ressort pneumatique et d'amortisseur dans d'autres unités de ressort pneumatique et d'amortisseur, de 35 véhiculer de l'air des unités de ressort pneumatique et d'amortisseur dans l'accumulateur de pression d'air ou 2 2854932 dans le sens inverse, de l'accumulateur de pression d'air vers les unités de ressort pneumatique et d'amortisseur, ou bien également de remplir l'accumulateur de pression d'air avec de l'air frais de 5 l'atmosphère. Ce compresseur à étages multiples est souvent également utilisé pour alimenter en air comprimé, un ou plusieurs récepteurs consommateurs situés à l'extérieur du circuit fermé. Il est ainsi par exemple possible de remplir ou de compléter le 10 remplissage d'air de pneumatiques, ou de régler des sièges de conducteur. A cet effet, on utilise de l'air frais de l'atmosphère et non pas l'air déjà comprimé et séché en provenance de l'accumulateur de pression d'air. Un tel compresseur à étages multiples comprenant deux étages de compresseur, est décrit par exemple dans le document DE 197 15 291 Al. Ce compresseur est constitué d'un carter de compresseur dans lequel sont formées une chambre basse pression cylindrique d'un diamètre plus 20 important, et une chambre haute pression d'un diamètre plus faible. Dans le carter de compresseur est insérée une unité de piston comprenant un piston basse pression plus grand et un piston haute pression plus petit, le piston basse pression et le piston haute pression étant 25 réalisés d'un seul tenant par l'intermédiaire d'une tige de piston. La chambre basse pression possède une soupape d'entrée, la chambre haute pression possède une soupape de sortie, et les deux chambres de pression sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un canal de 30 transfert, une soupape de fermeture, qui s'ouvre en direction de la chambre haute pression, étant placée dans le canal de transfert. Le carter de compresseur est réalisé, dans la zone de la tige de piston, sous la forme d'un carter de manivelle, dans lequel se trouve 35 une transmission à manivelle fonctionnant par voie électrique, qui agit sur l'unité de piston. Mais le carter de manivelle comprend également une chambre d'aspiration qui, côté entrée, est reliée à un raccord d'alimentation pour la communication avec l'accumulateur de pression d'air de l'installation d'alimentation d'air 5 ou avec l'atmosphère, et d'autre part communique avec la chambre basse pression par l'intermédiaire de la soupape d'entrée. Le compresseur à deux étages est à présent conçu de 10 façon telle, que la puissance absorbée des deux étages de compresseur soit adaptée à la puissance fournie par l'unité d'entraînement électrique, de sorte que le compresseur à deux étages ne présente qu'un volume engendré ou déplacé limité. Mais ce volume engendré 15 limité conduit à ce que le compresseur à deux étages, pour une faible pression primaire, ceci étant toujours le cas lorsque le compresseur aspire son air de l'atmosphère, ne produit qu'un faible écoulement de compresseur, qui en règle générale est insuffisant pour 20 alimenter un récepteur consommateur externe. Cela limite fortement le domaine d'utilisation du compresseur. Le but de l'invention consiste, relativement au procédé, à limiter la puissance d'un compresseur à étages 25 multiples, dans la partie supérieure de son domaine de puissance, à une limite de puissance prédéterminée, ainsi que, relativement au dispositif, à développer un compresseur à étages multiples correspondant, qui est adapté à alimenter des récepteurs consommateurs les plus 30 divers. Relativement au procédé, ce but est atteint par le fait que pour un procédé du type de celui mentionné en introduction, lorsqu'on atteint une limite de puissance 35 prédéterminée du compresseur, on égalise la pression d'au moins un étage de compression, qui précède le dernier étage de compression, avec la pression de l'étage de compression qui le précède respectivement. Relativement au dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, le but recherché est atteint pour un 5 compresseur à étages multiples du type de celui mentionné en introduction, grâce au fait que l'une au moins des chambres basse pression est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite de dérivation contournant la soupape d'entrée de cette chambre basse pression, à 10 la chambre basse pression précédente, une soupape de régulation qui peut être commandée et qui peut s'ouvrir en direction de cette chambre basse pression, se trouvant dans la conduite de dérivation. Selon une configuration avantageuse du procédé, l'égalisation des pressions de deux étages de compresseur voisins est initiée pneumatiquement par la pression dans la chambre d'aspiration ou par la pression de charge du récepteur, ou électriquement par la 20 capacité de charge du réseau de bord électrique, ou par les besoins de la vitesse de régulation. D'après une caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, les pressions de deux étages de compresseur 25 voisins sont égalisées de manière continue. Par ailleurs, le volume engendré du premier étage de compression est avantageusement dimensionné de manière adaptée au débit volumique nécessaire d'un récepteur 30 consommateur, et les puissances de tous les étages de compresseur non égalisés en pression, sont adaptées à la limite de puissance de l'entraînement électrique. Selon une configuration avantageuse du compresseur à 35 étages multiples constitué d'un premier étage de compresseur avec une chambre basse pression et d'un second étage de compresseur avec une chambre haute pression, ladite chambre basse pression précédente est une chambre d'aspiration. Par ailleurs, la soupape de régulation dans la conduite de dérivation est réglée avec une pression d'ouverture qui règle la capacité de puissance du compresseur à la limite de puissance maximale de l'entraînement électrique. D'autre part, la soupape de régulation dans la conduite de dérivation possède une unité de commande pneumatique qui est reliée à la chambre basse pression précédente ou au raccord de sortie conduisant au récepteur 15 consommateur, ou bien la soupape de régulation possède une unité d'actionnement électrique, qui est reliée au contrôle de puissance de l'entraînement électrique. Le nouveau procédé et le nouveau compresseur remédient 20 aux inconvénients cités de l'état de la technique. L'avantage particulier du nouveau procédé et du nouveau compresseur réside dans le fait qu'il est maintenant possible de mettre en oeuvre un compresseur d'une 25 capacité de puissance quelconque, sans que l'on dépasse pour autant la limite de puissance de l'entraînement électrique. Cela permet de s'affranchir d'une adaptation compliquée des domaines de puissance de l'entraînement électrique et du compresseur. 30 Il est à présent également possible de sélectionner intentionnellement un compresseur surdimensionné par rapport à la limite de puissance d'un entraînement électrique, pour que dans le domaine inférieur de 35 puissance du compresseur, il soit possible de produire un débit volumique suffisant pour l'alimentation d'un récepteur consommateur externe, sans risque d'un dépassement de puissance. Cela élargit le domaine d'utilisation du compresseur, parce qu'il est à présent possible d'alimenter avec le même compresseur, tous les 5 récepteurs consommateurs d'une installation d'alimentation d'air fermée, ainsi que des récepteurs consommateurs situés en-dehors du circuit d'air fermé. Ces avantages sont obtenus à l'aide d'une mise en oeuvre 10 technique relativement réduite. Ainsi, il suffit seulement d'une conduite de dérivation entre l'étage de compression à arrêter et la chambre basse pression précédente (en amont), dans laquelle est placée une soupape de pression pouvant être commandée simplement. 15 Il s'avère également avantageux de pouvoir commander la soupape de pression en fonction de différents paramètres, parce que cela permet d'élargir le domaine d'utilisation. Il s'avère également avantageux que la soupape de pression soit réalisée en tant que soupape de régulation, la soupape de pression ouvrant alors de manière continue et le passage d'une mod de travail à 25 deux ou plusieurs étages vers un mode de travail à un étage s'effectuant alors de manière continue. Un autre avantage réside également dans le fait que le compresseur peut comporter deux étages de compression ou 30 davantage, ce qui rend possible à nouveau un large domaine d'utilisation. L'invention va être explicitée plus en détail, au regard des dessins annexés, qui montrent: 35 Fig. 1 une représentation schématique d'un compresseur à deux étages, ainsi que Fig. 2 une représentation schématique d'une soupape de régulation mise en oeuvre dans le compresseur. Le compresseur à deux étages est constitué d'un carter de compresseur 1 qui est fermé de manière étanche à l'air, à ses extrémités, par un couvercle de carter plus 10 grand 2 et un couvercle de carter plus petit 3. A l'intérieur du carter de compresseur 1 est formée une chambre intérieure 4 continue, qui est étagée en diamètre et qui présente ainsi une cavité cylindrique 5 de diamètre plus important et une cavité cylindrique 6 15 de diamètre plus faible. Les deux cavités cylindriques 5 et 6 sont disposées sur un axe commun. Dans la chambre intérieure continue 4 du carter de compresseur 1, est agencé de manière ajustée, un piston étagé 7 comprenant un piston basse pression 8 plus grand, un piston haute 20 pression 9 plus petit et une tige de piston 10 commune. La cavité cylindrique 5 plus grande et le piston basse pression 8 forment ici une chambre basse pression 11 d'un volume engendré ou déplacé (cylindrée) plus important, et la cavité cylindrique 6 plus petite et le 25 piston haute pression 9 forment une chambre haute pression 12 d'un volume engendré ou déplacé plus faible. La chambre basse pression 11 est ici réalisée comme étant un premier étage de compresseur et la chambre haute pression 12 comme étant un second étage de 30 compresseur. Les deux chambres de pression 11 et 12 sont reliées fonctionnellement par l'intermédiaire d'un canal de transfert 13, qui se trouve dans le piston étagé 7 et traverse entièrement la tige de piston 10. Entre le piston base pression 8 et le piston haute pression 9, le piston étagé 7 forme, en combinaison avec la chambre intérieure 4 du carter de compresseur 1, un espace libre qui loge une transmission à manivelle 14. Par l'intermédiaire de cette transmission à manivelle 14, le piston étagé 7 est relié à une unité 5 d'entraînement électrique 15, de sorte que le piston étagé 7 est réalisé axialement coulissant dans la chambre basse pression 11 tout comme dans la chambre haute pression 12. Ainsi, la chambre basse pression 11 et la chambre haute pression 12 sont chacune d'un volume 10 variable. L'espace libre se trouvant entre le piston basse pression 8 et le piston haute pression 9, est réalisé sous forme de chambre d'aspiration 16 qui peut être 15 fermée de manière étanche à la pression à l'encontre de l'extérieur, et qui, côté entrée, peut être reliée par l'intermédiaire d'une soupape ou d'un distributeur non représenté, soit à un accumulateur de pression d'air, soit à l'atmosphère. La chambre d'aspiration 16, la chambre basse pression 11 et la chambre haute pression 12 sont à présent reliées d'une manière particulière. A cet effet, le compresseur possède tout d'abord un raccord d'entrée 17 qui conduit 25 à la chambre d'aspiration 16. La chambre d'aspiration 16 est reliée, par l'intermédiaire d'une soupape d'entrée 19, à la chambre basse pression 11, la soupape d'entrée 19 étant disposée dans le piston basse pression 8 et ouvrant dans la direction d'écoulement allant vers la 30 chambre basse pression 1 et fermant de manière étanche à la pression dans la direction opposée. La soupape d'entrée 19 est ici conçue de façon à ce qu'elle s'ouvre déjà pour une faible pression d'ouverture. Dans le canal de transfert 13 se trouvant entre la chambre basse pression 11 et la chambre haute pression 12, est par ailleurs disposée une soupape de transfert 20, qui s'ouvre dans la direction d'écoulement vers la chambre haute pression 12, pour une faible différence de pression, et qui ferme de manière étanche à la pression, 5 dans la direction opposée. Par ailleurs, dans la chambre haute pression 12 se trouve une soupape de sortie 21 chargée par ressort, qui est placée dans le couvercle de carter 3 le plus petit et qui relie la chambre haute pression 12, et ainsi le second étage de compresseur, au 10 raccord de sortie 18 conduisant au récepteur consommateur. La soupape de sortie 21 s'ouvre à une pression d'ouverture prédéterminée, dans la direction d'écoulement vers le raccord de sortie 18, et ferme de manière étanche à la pression, dans la direction 15 opposée. Conformément à l'invention, la chambre basse pression 11 et la chambre d'aspiration 16 sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une conduite de dérivation 20 22 contournant la soupape d'entrée 19 de la chambre basse pression 11. Dans cette conduite de dérivation 22 se trouve une soupape de pression 23 qui est commandée en fonction de la pression dans la chambre d'aspiration 16. En conséquence, la soupape de pression 23 possède un 25 élément d'obturation de soupape 24 chargé par ressort et un ressort de compression 25, le ressort de compression 25 étant précontraint de façon telle que l'élément d'obturation de soupape 24, pour une pression prédéterminée dans la chambre d'aspiration 16, libère de 30 manière continue ou discontinue une section d'ouverture et relie ainsi la chambre basse pression 11 à la chambre d'aspiration 16 en conduisant ainsi à une égalisation de la pression. Pour décharger en pression la soupape de pression 23, l'élément d'obturation de soupape 24 est 35 relié, sur son côté chargé par ressort, à l'atmosphère, par l'intermédiaire d'un raccord de fuite 26. A présent, le compresseur est dimensionné quant à la puissance, de façon à ce que le premier étage de compresseur, avec sa chambre basse pression 11, présente un volume déplacé ou engendré le plus grand possible, qui est suffisant par 5 exemple pour remplir un pneumatique. Le second étage de compresseur présente par contre un volume déplacé qui seul suffit, par une compression sur un étage, à alimenter en air comprimé les récepteurs consommateurs d'une installation d'alimentation d'air, fermée. Avec 10 cette répartition de puissance des deux étages de compresseur, la capacité d'absorption de puissance du compresseur se situe au-dessus de la limite maximale de puissance de l'entraînement électrique 15. Pour produire la compression d'un écoulement d'air, le mouvement de rotation de l'unité d'entraînement électrique 15 est converti en un mouvement oscillant ou alternatif du piston étagé 7. Il en résulte des variations de volume dans la chambre basse pression 11 20 et dans la chambre haute pression 12, qui conduisent à ce que, tout d'abord, pour un agrandissement de la chambre basse pression 11, il s'établisse une pression dans la chambre basse pression 11, qui est plus faible que dans la chambre d'aspiration 16. Cette dépression 25 laisse s'ouvrir la soupape d'entrée 19 et s'écouler de l'air dans la chambre basse pression 11, en provenance de la chambre d'aspiration 16. Suite à l'inversion de la direction du mouvement du piston étagé 7, il se produit une diminution du volume dans la chambre basse pression 30 11 et ainsi une augmentation de la pression de l'air qui s'y trouve. Cette augmentation de la pression conduit à la fermeture de la soupape d'entrée 19 de la chambre basse pression 11, de sorte qu'il se produit une première étape de la compression de l'air enfermé. Pour 35 une pression prédéterminée, la soupape de transfert 20 conduisant à la chambre haute pression 12, s'ouvre et Il l'air comprimé est refoulé de la chambre basse pression 11 dans la chambre haute pression 12 au cours de la poursuite du mouvement du piston étagé 7. Avec l'inversion de la direction de mouvement du piston étagé 5 7, il se produit dans la chambre haute pression 12, une augmentation de la pression pour laquelle la soupape de transfert 20 se ferme en amorçant une seconde étape de la compression de l'air comprimé. Pour une pression déterminée dans la chambre haute pression 12, la soupape 10 de sortie 21 s'ouvre et l'air comprimé parvient au récepteur consommateur par l'intermédiaire du raccord de sortie 18. Dans le cas de l'alimentation d'un récepteur 15 consommateur externe, par exemple un pneumatique, avec de l'air en provenance de l'atmosphère ou d'un accumulateur de pression d'air à faible pression, la soupape de pression 23 dans la conduite de dérivation 22 reste fermée, parce que la force issue de la pression 20 dans la chambre d'aspiration 16 et agissant d'un côté sur l'élément d'obturation de soupape 24, est plus faible que la force du ressort de compression 25 précontraint, agissant sur l'autre côté de l'élément d'obturation de soupape 24. La compression de l'air 25 aspiré s'effectue alors de la manière qui vient d'être décrite, selon deux étapes de compression, à savoir dans deux étages de compression. Le volume engendré relativement grand dans le premier étage de compresseur, permet un débit volumique suffisamment grand pour le 30 remplissage de pneumatiques, et les faibles pressions dans les deux étages de compression maintiennent la puissance absorbée du compresseur à l'intérieur du domaine de puissance de l'entraînement électrique. Pour alimenter les récepteurs consommateurs avec de l'air comprimé en provenance d'un accumulateur de pression d'air, il s'établit dans la chambre d'aspiration 16, une pression d'aspiration qui correspond à la pression dans l'accumulateur de pression d'air et qui est supérieure à la pression atmosphérique. 5 Cette pression d'aspiration se propage également à travers la conduite de dérivation 22 et sollicite l'élément d'obturation de soupape 24 de la soupape de pression 23, à l'encontre de la force du ressort de compression 25. La soupape de pression 23 est réglée 10 avec une pression d'ouverture prédéterminée. Si la pression d'aspiration dans la chambre d'aspiration 16 reste en-dessous de la pression d'ouverture réglée dans la soupape de pression 23, alors la soupape de pression 23 reste fermée et le compresseur fonctionne de la 15 manière décrite précédemment, avec les deux étages de compresseur. Lorsque la pression d'aspiration atteint la pression d'ouverture réglée dans la soupape de pression 23, alors cette soupape de pression 23 s'ouvre de manière continue ou discontinue, et relie ainsi les deux 20 raccords de conduite sur la soupape de pression 23, et en conséquence la chambre basse pression 11 et la chambre d'aspiration 16. Il se produit alors une égalisation de pression continue ou discontinue entre les deux chambres, qui reste conservée sur l'ensemble du 25 mouvement du piston étagé 7. La puissance de compression dans la chambre basse pression 11 est ainsi également réduite de manière continue ou discontinue, jusqu'à ce que le premier étage de compression ne participe plus à la puissance de compression du compresseur. Dans le cas 30 d'une soupape de pression 23 entièrement ouverte, la quantité d'air enfermée est refoulée, sans augmentation de pression supplémentaire, de la chambre basse pression 11 dans la chambre haute pression 12, de sorte que le compresseur travaille à présent exclusivement avec le 35 second étage de compression. Avec le passage d'une compression à étages ou étapes multiples à une compression à un étage ou en une étape, le capacité de puissance du compresseur est abaissée à une valeur de puissance qui ne dépasse pas la limite de puissance de l'entraînement électrique 15. REVENDICATIONS. 1. Procédé pour limiter la puissance d'un compresseur, qui comprime un écoulement d'air dans au moins deux étages de compression, caractérisé en ce que lorsqu'on atteint une limite de puissance prédéterminée du compresseur, on égalise la pression d'au moins un étage de compression, qui précède le dernier étage de compression, avec la pression de l'étage de compression qui le précède respectivement. 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'égalisation des pressions de deux étages de compresseur voisins est initiée pneumatiquement par la pression dans la chambre 15 d'aspiration (16) ou par la pression de charge du récepteur, ou électriquement par la capacité de charge du réseau de bord électrique ou par les besoins de la vitesses de régulation. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pressions de deux étages de compresseur voisins sont égalisées de manière continue. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume engendré du premier étage de compression est dimensionné de manière adaptée au débit volumique nécessaire d'un récepteur consommateur, et les puissances de tous les étages de compresseur non égalisés en pression, sont adaptées à la 30 limite de puissance de l'entraînement électrique. 5. Compresseur à étages multiples, constitué d'un carter de compresseur (1) et d'un piston étagé (7) entraîné de manière oscillante, qui définissent tous les deux au moins une chambre basse pression (11) et une chambre haute pression (12), la chambre basse pression (11) étant reliée à une chambre d'aspiration (16) par l'intermédiaire d'une soupape d'entrée (19), la chambre 5 haute pression (12) à un récepteur consommateur par l'intermédiaire d'une soupape de sortie (21), et la chambre basse pression (11) et la chambre haute pression (12) étant reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une soupape de transfert (20), caractérisé en ce que l'une au moins des chambres basse pression (11) est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite de dérivation (22) contournant la soupape d'entrée (19) de cette chambre basse pression (11), à la chambre basse pression (11) précédente, une soupape de 15 régulation (23) qui peut être commandée et qui peut s'ouvrir en direction de cette chambre basse pression (11), se trouvant dans la conduite de dérivation (22). 6. Compresseur à étages multiples constitué d'un premier 20 étage de compresseur avec une chambre basse pression (11) et d'un second étage de compresseur avec une chambre haute pression (12), selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite chambre basse pression précédente (11) est une chambre d'aspiration (16). 25 7. Compresseur à étages multiples selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la soupape de régulation (23) dans la conduite de dérivation (22) est réglée avec une 30 pression d'ouverture qui règle la capacité de puissance du compresseur à la limite de puissance maximale de l'entraînement électrique. 8. Compresseur à étages multiples selon la revendication 35 5 ou 6, caractérisé en ce que la soupape de régulation (23) dans la conduite de dérivation (22) possède une unité de commande pneumatique qui est reliée à la chambre basse pression (11) précédente ou au raccord de sortie (18) conduisant au récepteur consommateur. 9. Compresseur à étages multiples selon la revendication ou 6, caractérisé en ce que la soupape de régulation (23) possède une unité d'actionnement électrique, qui est reliée au contrôle de puissance de l'entraînement électrique.