Brevet FR2853698A1 — publié le 20041015

L'invention concerne un compresseur à plateau oscillant destiné à aspirer et à compresser du fluide frigorigène qui circule dans un circuit fermé, notamment du fluide frigorigène C02 (fluide frigorigène R744), le 5 compresseur à plateau oscillant étant entraîné de manière mécanique ou électrique. Les compresseurs à plateau oscillant utilisés dans les équipements de climatisation pour véhicule automobile sont généralement à entraînement mécanique. Des exemples à 10 ce sujet figurent dans les brevets DE 41 39 186 Ai ou CH 690 189 A5. Il a cependant aussi déjà été proposé, dans DE 101 35 733.8, d'installer dans le carter du compresseur un moteur électrique à vitesse variable faisant office d'entraînement pour le compresseur. Un compresseur 15 dit hybride avec lequel l'entraînement peut être assuré soit par un moteur électrique, soit par le moteur à combustion du véhicule est en outre connu du brevet EP 0 978 652 A2. Indépendamment du mode d'entraînement, ces compresseurs présentent un arbre d'entraînement muni d'un 20 plateau oscillant qui entraîne généralement plusieurs pistons alternatifs pour aspirer et compresser un fluide frigorigène, les pistons alternatifs étant respectivement logés dans un cylindre de compression, lequel est formé dans un bloc de culasse fixé dans le carter du compresseur 25 et rendu étanche par rapport à celui-ci. Les cylindres de compression sont fermés par une plaque de soupape et le carter du compresseur par un couvercle de soupape. Dans le cas d'un compresseur à entraînement mécanique, la vitesse de rotation du plateau oscillant est aussi élevée que la 30 vitesse de rotation du moteur et, pendant un tour du plateau oscillant, tout comme dans le cas d'un compresseur à plateau oscillant à entraînement électrique, tous les pistons alternatifs raccordés à celui-ci sont déplacés, comme les soupapes d'aspiration et d'échappement. Les 35 pièces mobiles provoquent des bruits indésirables, notamment aux vitesses de rotation élevées, mais aussi dans le cas de courses de piston importantes telles qu'elles sont nécessaires avec une capacité de refroidissement élevée. L'objet de l'invention est de réduire les bruits de 5 fonctionnement émis vers l'extérieur par un compresseur à plateau oscillant pour un équipement de climatisation de véhicule automobile. L'invention consiste, avec un compresseur à plateau oscillant, dans le carter de compresseur duquel est logé un 10 arbre d'entraînement muni d'un plateau oscillant, lequel entraîne au moins un piston alternatif destiné à aspirer et à comprimer un fluide frigorigène, lequel est logé de manière à pouvoir effectuer un mouvement de va-et-vient dans un cylindre de compression formé sur un bloc de 15 culasse, à former entre le bloc de culasse et le carter de compresseur une fente périphérique concentrique et à faire reposer le bloc de culasse fermement et de manière étanche sur le carter de compresseur au niveau de des deux extrémités frontales. Le cylindre de compression est fermé 20 de manière connue sur le côté opposé au plateau oscillant par une plaque de soupape qui est maintenue étanche sur le carter de compresseur par un couvercle de soupape. Cette fente, qui entoure pour l'essentiel la totalité de la surface d'enveloppe du bloc de culasse, dans lequel se 25 produisent les bruits de fonctionnement liés au mouvement du piston et sur lequel sont à la fois provoqués les bruits par l'ouverture et la fermeture des soupapes disposées dans la plaque de soupape ainsi que sont transmis les bruits qui se produisent dans le carter de vilebrequin dans lequel est 30 logé le plateau oscillant, réduit considérablement la transmission de ces bruits sur le carter de compresseur de telle sorte que la charge sonore délivrée par celui-ci à l'environnement est elle aussi réduite. Pour que le bloc de culasse soit logé dans le carter 35 de compresseur solidement et de manière étanche dans le sens axial et radial, celui-ci est soit muni à ses deux extrémités frontales à chaque fois d'un épaulement avec lequel il repose sur le carter de compresseur. En variante, le carter de compresseur peut également être configuré de manière à former une fente en ce que la paroi du carter est 5 munie, sur son côté intérieur dans la zone de la fente prévue, d'un renfoncement de forme annulaire. L'étanchéité entre le bloc de culasse et le carter de compresseur peut être réalisée par des joints toriques dans la zone de l'épaulement correspondant. Au moins la surface annulaire coté frontal de l'épaulement côté plateau oscillant ou celui-ci dans son ensemble est de préférence incliné selon un angle de 4 à 6 degrés par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du bloc de culasse de manière à ce que le bord extérieur de 15 cette surface annulaire soit en saillie. Cette configuration légèrement conique de l'épaulement permet une meilleure étanchéité du bloc de culasse par rapport au carter de compresseur lorsque le bloc de culasse est logé sous précontrainte dans le carter de compresseur. La 20 surface annulaire et la surface d'enveloppe de l'épaulement sont ainsi comprimées et déformées contre les surfaces correspondantes du carter de compresseur. Un joint torique d'étanchéité dans la zone de l'épaulement n'est plus nécessaire. Cette solution apporte un avantage 25 considérable, notamment dans le cas de l'utilisation de fluide frigorigène C02, lequel doit être comprimé nettement plus que les fluides frigorigènes traditionnels, approximativement d'un facteur 10, pour obtenir des capacités de refroidissement comparables, et avec lequel 30 les contraintes en matière d'étanchéité sont plus sévères. L'assemblage par compression du bloc de culasse avec le carter de compresseur s'effectue en vissant le couvercle de soupape sur le carter de compresseur. L'épaulement du côté de la plaque de soupape peut en 35 plus également être globalement de configuration légèrement conique en direction du plateau oscillant et inclure respectivement sur la périphérie un angle aigu entre ses surfaces annulaires et un plan disposé perpendiculairement par rapport à l'axe du bloc de culasse. L'angle choisi est cependant pour l'essentiel de 0,5 degrés inférieur à 5 l'angle d'inclinaison que présente la surface annulaire côté frontal de l'épaulement côté plateau oscillant. L'épaulement côté plateau oscillant vient ainsi tout d'abord reposer sur le carter de compresseur lors du logement du bloc de culasse dans celuici, pour ensuite 10 être comprimé avec celui-ci de manière à réaliser en toute fiabilité l'étanchéité du bloc de culasse par rapport au carter de compresseur dans la zone de cet épaulement. En poursuivant le vissage, l'épaulement côté plaque de soupape est ensuite comprimé à son tour, ce qui augmente encore 15 plus la fiabilité de l'étanchéité. Les joints toriques sont inutiles avec ce mode de réalisation, ce qui rend le compresseur globalement plus compact. Le nombre de composants est en outre réduit et la complexité du montage est moindre. Du fait que le compresseur, en tant que composant homogène, constitue une pièce d'usure, il est également possible de souder le couvercle de soupape avec le carter de compresseur. Pour produire la précontrainte entre le bloc de culasse et le carter de compresseur, le couvercle 25 de soupape est maintenu sur celui-ci sous contrainte lors de l'opération de soudage. Les pertes par fuite sur un carter de compresseur soudé sont inférieures à celles sur un vissé. En principe, le carter de compresseur peut également être divisé dans le sens de la longueur pour 30 faciliter le logement des éléments fonctionnels dans celuici et ainsi le montage, et ensuite être soudé après logement. Le couvercle de soupape est ensuite également soudé et précontraint avec le carter de compresseur. L'invention sera expliquée ci-après à l'aide d'un 35 exemple de réalisation. Les dessins correspondants illustrent: Figure 1 une coupe verticale d'un compresseur à plateau oscillant avec entraînement électrique et Figure 2 la configuration du bloc de culasse dans la zone X en coupe verticale, grossi par rapport à la figure 1. Le compresseur à plateau oscillant pour fluide frigorigène C02 à entraînement électrique représenté de manière essentiellement schématique dans la figure 1 selon le brevet DE 102 28 042.8 présente pour l'essentiel un 10 carter de compresseur 1, un moteur électrique 2 à vitesse variable par la fréquence d'excitation, un arbre d'entraînement 3 relié à celui-ci, un espace de carter de vilebrequin 4 pour plateau oscillant 5 ayant une inclinaison prédéfinie et monté sur l'arbre d'entraînement 15 3 de manière à ne pas pouvoir y tourner, un bloc de culasse 6 comprenant plusieurs cylindres de compression 7 dans lequel sont disposées des chemises de cylindre 7.1 et dans celui-ci des pistons alternatifs 8 cylindriques creux effectuant un mouvement de va-et-vient et en liaison active 20 avec le plateau oscillant 5, à chaque fois associés à une soupape d'aspiration 9, à une plaque de soupape 10 comprenant des soupapes d'échappement 12, lesquelles sont associées aux chambres de compression 11 respectives formées dans les cylindres de compression 7, et un chapeau 25 de soupape 13 constituant quasiment une culasse munie d'une chambre de haute pression 14 et d'un séparateur d'huile 15 logé dans celui-ci. La liaison active d'un piston alternatif 8 avec le plateau oscillant 5 est réalisée par une tête d'articulation formée sur celui-ci et par un 30 support de logement L formé sur le piston alternatif 8 pour celui-ci. L'aspiration du fluide frigorigène C02 s'effectue par le biais du manchon d'aspiration 16 qui est formé sur un couvercle de fermeture 17 coaxial par rapport à l'arbre 35 d'entraînement 3 et disposé du coté du moteur. Un orifice d'aspiration 18 s'étend depuis le manchon d'aspiration 16 dans la chambre du moteur. Le fluide frigorigène C02 aspiré à travers le manchon d'aspiration 16 et l'orifice d'aspiration 18 s'écoule à travers la chambre du moteur et quitte celle-ci par les orifices de passage 19 qui sont 5 logés dans une paroi intermédiaire 20 séparant le compartiment du moteur et le carter de vilebrequin 4, puis arrive dans l'espace du carter de vilebrequin. Les soupapes d'aspiration 9 se trouvent à chaque fois sur le côté frontal à l'opposé du plateau oscillant 5 du 10 piston alternatif 8 muni du côté du plateau oscillant d'une ouverture (non représentée) et débouchent dans la chambre de compression 11 correspondante. Les pistons alternatifs 8 sont étanchéifiés par rapport à la paroi du cylindre de compression 7 correspondant par trois segments de piston 15 21 disposés l'un derrière l'autre, lesquels reposent à chaque fois dans une gorge annulaire disposée dans la paroi. Les segments de piston se composent d'une fonte grise de haute qualité. En variante, ils peuvent également être fabriqués en matière plastique, notamment en téflon ou 20 en Peek. Entre le bloc de culasse 6 et le carter de compresseur 1 est formée une fente concentrique 22 nettement visible qui est réalisée par la configuration du pourtour du bloc de culasse 6. Celui-ci (6) est à chaque 25 fois muni en ses deux extrémités frontales d'un épaulement 23 ou 24 formé vers l'extérieur pour une application étanche sur le carter de compresseur 1 et entre lesquels est formé un renfoncement concentrique formant une fente. Des surfaces d'appui 26 et 27 (figure 2) sont à chaque fois 30 formées sur le bloc de culasse 6 pour l'épaulement correspondant. La figure 2 représente plus précisément la configuration des deux épaulements 23 et 24. La surface annulaire 28 côté frontal de l'épaulement côté plateau 35 oscillant 24 est de forme légèrement conique du fait que celle-ci inclut un angle aigu de 5 degrés avec un plan qui s'étend perpendiculairement par rapport à l'axe du bloc de culasse 6 et fait ainsi saillie dans le sens axial avec son bord extérieur. L'épaulement côté plaque de soupape 23 est globalement de forme légèrement conique de manière à ce que 5 ses deux surfaces annulaires 29 et 30 incluent un angle de 4,5 degrés avec un plan qui s'étend perpendiculairement par rapport à l'axe du bloc de culasse 6. Dans la représentation de la figure 2, le bloc de culasse 6 n'est pas encore disposé dans sa position finale prédéfinie. Lors 10 de l'introduction de celui-ci dans le carter de compresseur 1, l'épaulement 24 vient tout d'abord reposer avec son bord extérieur sur la surface d'appui 27 du côté du plateau oscillant. Lors de la suite du montage du compresseur à plateau oscillant, lequel est poursuivi par l'insertion des 15 chemises de cylindre 7.1 dans le cylindre de compression 7, le montage de la plaque de soupape 31, d'un joint 32 et le vissage du couvercle de soupape 13, les composants mentionnés sont comprimés les uns contre les autres, l'épaulement 24 étant alors comprimé avec son bord 20 extérieur contre la surface d'appui 27 et, du fait de sa configuration, il est déformé de manière à être lui aussi comprimé contre la surface d'appui 26. On obtient ainsi une liaison par engagement géométrique et par adhérence. En poursuivant le vissage, l'épaulement 23 est comprimé de la 25 même manière contre les surfaces d'appui 27 et 26 du côté du couvercle de soupape de manière à ce que celui-ci soit lui aussi lié avec le carter de compresseur par engagement géométrique et par adhérence. 15 NOMENCLATURE 1 Carter de compresseur 2 Moteur électrique 3 Arbre d'entraînement 4 Espace de carter de vileb Plateau oscillant 6 Bloc de culasse 7 Cylindre de compression 7.1 Chemise de cylindre 8 Piston alternatif 9 Soupape d'aspiration 10 Plaque de soupape 11 Chambre de compression 12 Soupape d'échappement 13 Culasse 14 Chambre de haute pression 15 Séparateur d'huile 16 Manchon d'aspiration 17 Couvercle de fermeture 18 Orifice d'aspiration 19 Orifice de passage 20 Paroi intermédiaire 21 Segment de piston 22 Fente 23 Épaulement 24 Épaulement 25 26 Surface d'appui 27 Surface d'appui 28 Surface annulaire 29 Surface annulaire 30 Surface annulaire 31 Plaque de soupape 32 Joint L Support de logement requin REVENDICATIONS 1. Compresseur à plateau oscillant pour un équipement de climatisation de véhicule, comprenant un carter de compresseur dans lequel est logé un arbre d'entraînement 5 muni d'un plateau oscillant, lequel entraîne au moins un piston alternatif pour aspirer et comprimer un fluide frigorigène, le piston alternatif étant logé dans un cylindre de compression qui est formé dans un bloc de culasse fixé dans le carter du compresseur et rendu étanche 10 par rapport à celui-ci, une plaque de soupape qui ferme le cylindre de compression et un couvercle de soupape qui ferme le carter de compresseur, caractérisé en ce qu'entre le bloc de culasse (6) et le carter de compresseur (1) est formée une fente périphérique concentrique (22) et le bloc 15 de culasse (6) repose fermement et de manière étanche sur le carter de compresseur (1) au niveau de ses deux extrémités frontales. 2. Compresseur à plateau oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de culasse 20 (6) est muni à ses deux extrémités frontales à chaque fois d'un épaulement (23, 24) avec lequel il repose de manière étanche sur le carter de compresseur (1). 3. Compresseur à plateau oscillant selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface annulaire 25 coté frontal (28) de l'épaulement côté plateau oscillant (24) ou les deux surfaces annulaires de celui-ci incluent en périphérie, avec un plan perpendiculaire à l'axe du bloc de culasse (6) un angle aigu, notamment compris entre 4 et 6 degrés, de manière à ce que le bord extérieur soit en 30 saillie dans le sens axial. 4. Compresseur à plateau oscillant selon la revendication 2 et 3, caractérisé en ce que l'épaulement côté plaque de soupape (23) est de configuration légèrement conique dans la même direction et ses surfaces annulaires 35 (29, 30) incluent à chaque fois en périphérie, avec un plan disposé perpendiculairement par rapport à l'axe du bloc de culasse (6), un angle aigu qui est pour l'essentiel de 0,5 degré inférieur à l'angle d'inclinaison que présente la surface annulaire (28) côté frontal de l'épaulement côté plateau oscillant (24). 5. Compresseur à plateau oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle de soupape (13) est soudé avec le carter de compresseur (1).