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WO 2011/101561 PCT/FR2011/000097
COMPRESSEUR A PISTON A DOUBLE EFFET GUIDÉ PAR
UN ROULEAU ET ENTRAINE PAR UNE ROUE DENTEE
ET DES CRÉMAILLERES
La présente invention est relative à un compresseur à piston à double effet
guidé
par un rouleau et entraîné par une roue dentée et des crémaillères.
Les compresseurs alternatifs à piston sont le plus souvent munis d'un piston à
simple effet mû par un ensemble bielle-manivelle similaire à celui des moteurs
alternatifs à combustion interne. Certains compresseurs alternatifs à piston
sont
cependant munis d'un ou plusieurs piston(s) à double effet.
Le cylindre et le piston de ce type de compresseur définissent communément une
chambre supérieure et une chambre inférieure, ledit piston comportant une tige
inférieure qui lui imprime son mouvement de translation et participe à son
orientation, ladite tige étant elle-même reliée à une crosse ou à un piston
fourreau
qui la guide en translation et la relie à une bielle au moyen d'une liaison
pivot.
Les compresseurs à piston à double effet offrent une excellente efficacité car
l'aspiration et le refoulement du gaz sont opérés simultanément par un même
piston dont la face supérieure et inférieure est active. Ceci permet
potentiellement
de limiter le nombre de cylindres, de réduire le régime du compresseur à même
service et d'augmenter le rendement mécanique dudit compresseur par réduction
relative des pertes par frottement.
La crosse ou le piston fourreau que comportent les compresseurs à piston à
double effet permet de supprimer l'effort radial qu'exerce ordinairement la
bielle
sur le piston des compresseurs à piston à simple effet, car c'est la liaison
entre
ladite crosse et son guide ou ledit piston fourreau et son cylindre qui subit
les
efforts transversaux générés par la bielle.
Cette configuration n'évite cependant pas le frottement entre la crosse et son
guide ou le piston fourreau et son cylindre. En outre, les compresseurs
alternatifs
à piston à double effet présentent l'inconvénient d'un encombrement vertical
important et d'une masse alternative élevée.
Ces défauts expliquent principalement pourquoi les compresseurs à piston à
simple ou à double effet ne sont pas utilisés pour suralimenter les moteurs
d'automobiles à combustion interne. La principale application aux moteurs à
combustion interne alternatifs qui ait été tentée revient à Berliet , et
remonte au
début du vingtième siècle.
Les compresseurs volumétriques utilisés aujourd'hui pour suralimenter les
moteurs d'automobiles sont principalement à lobes de type roots , à vis de
type
Lysholm , à piston rotatif selon le principe Wankel , à palette et rotor
excentré de type Zoller ou Cozette , ou à spirale de type G tels
que
ceux utilisés jadis par Wolkswagen sur certains de ses modèles.
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Le dispositif de suralimentation qui domine le marché des moteurs à combustion
interne automobiles est le turbocompresseur centrifuge, du fait de sa
simplicité
d'installation et du fait que son entraînement exploite la queue de la détente
des
gaz, ladite queue étant ordinairement perdue à l'échappement sur un moteur
suralimenté doté d'un compresseur mécanique entraîné par le vilebrequin.
En revanche, les turbocompresseurs présentent l'inconvénient d'un temps de
réponse gênant pour le conducteur du véhicule, d'une incapacité à produire de
forts couples sur l'ensemble de la plage de régime sauf à en prévoir
plusieurs, et
d'une forte sensibilité à la température des gaz d'échappement qui ne doit pas
excéder la limite acceptable pour la turbine.
Un autre inconvénient des turbocompresseurs est l'augmentation de la contre-
pression à l'échappement qui limite les possibilités de balayer la charge
contenue
dans la chambre de combustion du moteur et qui complexifie la conception et la
mise au point des dispositifs de recirculation des gaz d'échappement.
Un autre inconvénient des turbocompresseurs est l'interposition d'une turbine
et
de son carter entre les sorties d'échappement du moteur et le catalyseur de
post
traitement des polluants dudit moteur, car cette interposition a pour effet de
rallonger le temps d'amorçage dudit catalyseur du fait d'une montée en
température plus lente dudit catalyseur.
Bien que ce ne soit pas le cas actuellement, suralimenter les moteurs à
combustion interne alternatifs avec un compresseur à piston à double effet
serait
donc avantageux à divers égards.
En effet, comme c'est le cas pour tous les compresseurs volumétriques, le
compresseur à piston présente l'avantage sur les turbocompresseurs centrifuges
d'une quasi-absence de temps de réponse. Ceci provient de la capacité des
compresseurs volumétriques à fournir immédiatement au moteur à combustion
interne une pression d'admission supérieure à la pression atmosphérique.
En outre, le piston à double effet produit une bouffée d'air comprimé à chaque
demi-tour : cette caractéristique permet de fournir à l'admission du moteur à
combustion interne une pression quasi-constante, une fois les bouffées
amorties
et filtrées par le plenum d'admission et/ou une capacité volumique
additionnelle.
Cette particularité permet de monter le compresseur à piston à double effet
directement sur le vilebrequin du moteur à combustion interne au moyen d'un
maneton supplémentaire et de faire l'économie de tout autre dispositif de
transmission.
Cette configuration peut particulièrement convenir à des moteurs à combustion
interne courts à deux, trois ou quatre cylindres en ligne auxquels est ajouté
un
cylindre compresseur à piston à double effet de cylindrée unitaire dans la
plupart
des cas supérieure à celle des cylindres moteurs dudit moteur à combustion
interne, de sorte que la pression d'admission recherchée puisse être atteinte
sur
toute la plage de régime.
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Un autre avantage de la suralimentation des moteurs à combustion interne par
un
compresseur à piston à double effet monté directement sur le vilebrequin des
dits
moteurs est la réduction du coût et de l'encombrement.
En effet, la suralimentation par compresseur volumétrique additionnel et/ou
par
turbocompresseur est en tout ou partie remplacée par ledit compresseur à
piston
à double effet.
Le fait de ne plus avoir d'appareils additionnels à monter sur les moteurs à
combustion interne constitue un gain de place appréciable dans le compartiment
moteur du véhicule, même tenant compte de l'allongement du moteur à
combustion interne qui intègre alors au moins un cylindre compresseur.
Cette configuration d'un compresseur à piston à double effet monté sur le
vilebrequin des moteurs à combustion interne nécessite cependant de réduire
l'encombrement vertical des dits compresseurs et d'en maximiser l'efficacité
mécanique.
Par ailleurs, de nombreuses applications nécessitant de comprimer un gaz sont
avantagées par l'emploi d'un compresseur à piston à double effet compact,
léger
et à faibles pertes par frottement.
C'est donc pour limiter l'encombrement vertical des compresseurs à piston à
double effet, pour en augmenter l'efficacité mécanique et pour en réduire la
masse totale que l'objet de la présente invention consiste à remplacer la
crosse
ou le piston fourreau ordinairement prévus dans lesdits compresseurs à piston
à
double effet par un dispositif de transmission par roue dentée et crémaillères
coopérant avec un rouleau de guidage.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention propose
en
outre de désaxer le vilebrequin par rapport au cylindre afin que l'amplitude
du
mouvement vertical de la bielle ne vaille plus, par exemple, que la moitié de
l'amplitude du mouvement vertical du piston.
Cette disposition permet de fortement réduire l'encombrement de l'ensemble
bielle-manivelle pour une même course de piston et donc, de fortement réduire
l'encombrement vertical du compresseur à piston à double effet.
En outre, le désaxage du vilebrequin permet à la tige qui relie ordinairement
le
piston à une crosse ou à un piston fourreau de se mouvoir principalement à
côté
de la bielle et non plus au-dessus d'elle, ce qui constitue un deuxième moyen
de
réduire l'encombrement vertical du compresseur à piston à double effet suivant
la
présente invention.
De plus, le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention
permet de remplacer le glissement de la crosse ou du piston fourreau par le
roulement d'un rouleau de guidage, ce qui réduit significativement les pertes
par
frottement mécanique dudit compresseur à piston à double effet.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention permet
néanmoins de conserver l'avantage d'un effort radial nul ou extrêmement faible
appliqué au piston à double effet.
Ainsi, le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention
guidé
par un rouleau de guidage et entraîné par une roue dentée et des crémaillères,
se
distingue de l'art antérieur en ce que, selon un mode particulier de
réalisation :
= Les efforts radiaux que subissent ordinairement les pistons des
compresseurs à simple effet sont éliminés, permettant notamment un
fonctionnement durable du piston et de son cylindre, même en l'absence
d'huile de lubrification ;
= L'encombrement vertical du compresseur est limité malgré la présence de
deux chambres de compression telles que délimitées par le piston à double
effet, ce qui étend les champs d'applications des compresseurs à piston à
double effet, notamment à la suralimentation des moteurs d'automobiles ;
= Le frottement mécanique des compresseurs à piston à double effet est
réduit et leur rendement mécanique est augmenté.
Le compresseur à piston à double effet guidé par un rouleau et entraîné par
une
roue dentée et des crémaillères suivant la présente invention s'applique à
tout
type d'utilisation y compris à la suralimentation des moteurs à combustion
interne.
Le compresseur à piston à double effet guidé par un rouleau et entraîné par
une
roue dentée et des crémaillères suivant la présente invention comprend :
Le compresseur à piston à double effet guidé par un rouleau et entraîné par
une
roue dentée et des crémaillères comprend :
= Au moins un cylindre dans lequel évolue un piston à double effet, ledit
cylindre étant porté par un carter de compresseur et chacune de ses
extrémités étant fermée par une culasse, ledit cylindre et ledit piston
définissant communément une chambre supérieure et une chambre
inférieure chacune munie d'au moins un conduit d'admission et d'au moins
un conduit de refoulement, et chaque conduit comportant au moins un
clapet,
= Une tige de liaison qui relie le piston à double effet à un organe de
transmission, ledit organe de transmission coopérant d'une part, avec un
rouleau de guidage au moyen d'au moins une surface de roulement et au
moyen d'au moins une crémaillère de synchronisation de petite dimension,
et d'autre part, avec une roue dentée au moyen d'au moins une crémaillère
de transmission de forte dimension et au moyen d'au moins une bande de
roulement placée au voisinage du cercle primitif de ladite crémaillère de
transmission de forte dimension ;
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= Au moins une bande de roulement fixée ou aménagée sur la roue dentée,
ladite bande de roulement étant placée au voisinage du cercle primitif de
ladite roue dentée ;
5 = Au moins une piste de roulement de guidage fixée sur le carter de
compresseur à hauteur de la roue dentée et sur laquelle roule le rouleau de
guidage ;
= Au moins deux petites roues dentées placées respectivement aux deux
extrémités du rouleau de guidage et qui coopèrent avec des crémaillères
de petites dimensions placées de part et d'autre de la piste de roulement
de guidage fixée sur le carter de compresseur, l'une des deux petites roues
dentées au moins coopérant également avec la crémaillère de
synchronisation de petite dimension que comporte l'organe de
transmission ;
= Au moins un organe d'ancrage fixé sur le carter de compresseur, ledit
organe d'ancrage coopérant avec la roue dentée au moyen d'au moins une
crémaillère d'ancrage de forte dimension et au moyen d'au moins une
bande de roulement placée au voisinage du cercle primitif de ladite
crémaillère d'ancrage de forte dimension ;
= Une bielle sur le pied de laquelle est articulée la roue dentée au moyen
d'un axe et dont la tête est reliée à la manivelle d'un vilebrequin logé dans
des paliers aménagés dans le carter de compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
piston dont la partie en contact avec le cylindre présente un profil sphérique
qui
autorise l'orientation dudit piston dans ledit cylindre.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
piston à double effet possédant au moins un segment ou un joint qui assure son
étanchéité avec le cylindre.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
piston à double effet possédant des motifs en relief qui créent une perte de
charge sur la partie cylindrique dudit piston.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
cylindre dont la surface intérieure comporte des motifs en relief qui créent
une
perte de charge.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
piston à double effet qui est fixé à l'extrémité de la tige de liaison au
moyen d'une
liaison rotule.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une tige de liaison possédant au moins un segment ou un joint qui assure son
étanchéité avec la culasse de la chambre inférieure du compresseur.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une tige de liaison possédant au moins un segment ou un joint qui assure son
étanchéité avec le carter de compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe d'ancrage comportant une tige supérieure ou inférieure d'ancrage dont
l'extrémité est fixée sur le carter de compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe d'ancrage qui est fixé sur le carter de compresseur au moyen d'une
liaison
rotule.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une liaison rotule qui est placée au-dessus ou au-dessous de l'organe
d'ancrage.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe d'ancrage comportant des joues de rigidification de part et d'autre de
sa
crémaillère d'ancrage de forte dimension.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe d'ancrage qui est fixé sur le carter de compresseur au moyen d'une
liaison
à deux axes perpendiculaires de type joint de cardan.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe d'ancrage qui est fixé sur le carter de compresseur au moyen d'une
pièce
à deux axes perpendiculaires décalés, le premier axe s'articulant avec ledit
organe d'ancrage, tandis que le deuxième axe s'articule avec le carter de
compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une pièce à deux axes perpendiculaires décalés dont le deuxième axe comporte
une butée qui permet de régler l'aplomb vertical de l'organe d'ancrage.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une butée permettant de régler l'aplomb vertical de l'organe d'ancrage qui est
vissée dans le carter de compresseur et est arrêtée en rotation par des moyens
de blocage.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe d'ancrage comportant des moyens de réglage de sa position verticale par
rapport au carter de compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une bande de roulement de l'organe d'ancrage qui est maintenue en contact avec
la bande de roulement de la roue dentée par un dispositif de maintien en
pression.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
dispositif de maintien en pression qui est constitué d'un ressort.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
dispositif de maintien en pression qui est constitué d'un vérin presseur relié
à un
accumulateur de pression.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une roue dentée qui possède un profil tronqué définissant deux secteurs
dentés,.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une roue dentée comportant des poches d'allègement et des nervures de
rigidification.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
axe au moyen duquel la roue dentée est articulée sur le pied de la bielle qui
est
logé dans des alésages aménagés dans ladite roue dentée de part et d'autre
d'un
évidement, ledit évidement logeant le pied de la bielle.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
axe au moyen duquel la roue dentée est articulée sur le pied de la bielle qui
est
logé dans des alésages aménagés dans une fourche qui forme le pied de la
bielle, ladite roue dentée étant logée dans le creux de ladite fourche.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
organe de transmission comportant des joues de rigidification de part et
d'autre de
sa crémaillère de transmission de forte dimension.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une piste de roulement de guidage et des crémaillères de petites dimensions
placées de part et d'autre de ladite piste qui sont portées par une platine de
synchronisation fixée sur le carter de compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
au
moins une cale de réglage qui est intercalée entre la platine de
synchronisation et
le carter de compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention est monté
sur un moteur à combustion interne à taux de compression fixe ou à taux de
compression variable.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
vilebrequin du compresseur qui est réalisé dans le prolongement du vilebrequin
d'un moteur à combustion interne, et fait partie intégrante de ce dernier.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
des conduits de refoulement du compresseur qui sont reliés aux conduits
d'admission du moteur à combustion interne.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
carter de compresseur qui est rapporté sur le carter cylindre du moteur à
combustion interne.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
carter de compresseur qui fait partie intégrante du carter cylindre du moteur
à
combustion interne.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
cylindre, des culasses, et des conduits d'admission et de refoulement qui sont
en
tout ou partie intégrés à la culasse du moteur à combustion interne.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
cylindre, des culasses, et des conduits d'admission et de refoulement qui sont
en
tout ou partie intégrés au carter cylindre du moteur à combustion interne.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
carter de compresseur comportant un circuit d'eau de refroidissement connecté
à
celui du moteur à combustion interne.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
des conduits de refoulement comportant une vanne de redirection qui les met en
tout ou partie en relation avec une réserve d'air comprimé.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une réserve d'air comprimé qui est constituée d'éléments de structure de la
carrosserie d'un véhicule automobile, lesdits éléments de structures étant
rendus
étanche à l'air.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une réserve d'air comprimé qui est reliée à l'admission du moteur à combustion
interne par un conduit de fort diamètre pouvant être ouvert ou fermé au moyen
d'une vanne de forte section.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une réserve d'air comprimé comportant une prise d'air comprimé.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
des conduits de refoulement du compresseur comportant une vanne de
redirection qui les met en tout ou partie en relation avec un boîtier de perte
de
charge.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
des conduits d'admission du compresseur comportant au moins un papillon de
vannage.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
des conduits de refoulement comportant au moins un papillon de vannage.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
des clapets comportant un limiteur et/ou un amortisseur de chocs.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
un
limiteur et/ou un amortisseur de chocs qui est constitué d'une liaison
élastique
entre le corps du clapet, et la portée du clapet sur son siège.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comprend
une tige de liaison inter pistons qui relie les pistons à double effet de
chaque
cylindre du compresseur, le piston à double effet suivant définissant avec son
cylindre, ses conduits d'admission et de refoulement et ses clapets, un nouvel
étage de compresseur monté en série ou en parallèle avec l'étage précédent.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
des conduits d'admission comprenant au moins un clapet de gavage positionné
en amont et à une certaine distance du clapet.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
des conduits d'admission qui sont reliés à la sortie d'un compresseur
centrifuge
ou rotatif.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
compresseur centrifuge qui est entraîné par un moteur électrique.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
compresseur centrifuge qui est entraîné par une turbine entraînée par les gaz
d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet comprenant une jante d'étanchéité montée radialement
libre
entre au moins deux flasques.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la jante d'étanchéité possède des motifs en relief
qui
créent une perte de charge sur sa partie cylindrique externe.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la jante d'étanchéité comprend au moins un joint
supérieur et/ou un joint inférieur réalisant une étanchéité entre ladite jante
et les
flasques entre lesquelles elle est montée.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet comprenant un empilement de rondelles d'étanchéité,
ledit
empilement étant monté radialement libre entre au moins deux flasques.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont les rondelles d'étanchéité possèdent des motifs en
relief
qui créent une perte de charge sur leur partie cylindrique externe.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la première et/ou la dernière rondelle d'étanchéité
comporte(nt) au moins un joint réalisant une étanchéité entre ladite rondelle
et le
flasque avec lequel elle est en contact.
5
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet comprenant au moins un joint dynamique en sa périphérie
dont la distance avec le cylindre est asservie à la pression régnant dans la
chambre supérieure ou inférieure, ledit joint dynamique pouvant entrer en
contact
10 avec le cylindre lorsqu'une pression suffisante règne dans la chambre à
étancher.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont le joint dynamique comprend une chambre à air
reliée à
l'une ou l'autre des chambres par au moins un conduit, ladite chambre à air
pouvant exercer une pression sur la face cylindrique interne d'un anneau
constricteur et ledit anneau pouvant alors pousser un joint à lèvre vers la
surface
du cylindre jusqu'à assurer le contact entre ledit joint à lèvre et ledit
cylindre.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont l'anneau constricteur du joint dynamique est muni
d'une
coupe qui comporte une butée limitant le diamètre maximal dudit anneau.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont le joint dynamique est constitué d'un tore en
matière
souple logé dans une gorge avec les faces supérieures et inférieures de
laquelle il
constitue une étanchéité, l'espace entre l'arrière de la gorge et ledit tore
ou
l'intérieur dudit tore étant relié à l'une ou l'autre des chambres par au
moins un
conduit et ledit tore pouvant pousser un joint à lèvre vers la surface du
cylindre
jusqu'à assurer le contact entre ledit joint à lèvre et ledit cylindre.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont le joint dynamique est constitué d'une vessie
toroïdale
en matière souple logée dans une gorge, ladite vessie étant relié à l'une ou
l'autre
des chambres par au moins un conduit de sorte à pouvoir se gonfler sous
l'effet
de la pression afin d'entrer en contact avec le cylindre.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la vessie du joint dynamique comprend en sa
périphérie
extérieure des petits trous par lesquels peut sortir l'air sous pression, de
sorte à
constituer un coussin d'air évitant le contact direct de ladite vessie avec le
cylindre.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la tige de liaison coopère avec un dispositif de
guidage
positionné à l'intérieur et/ou en dessous de la culasse qui ferme l'extrémité
inférieure du cylindre, ledit dispositif de guidage assurant le positionnement
radial
et l'orientation axiale de ladite tige de liaison.
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Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la tige de liaison est reliée à l'organe de
transmission
par une liaison à rotule.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
une roue dentée dont l'axe comporte une rotule permettant à ladite roue dentée
de s'orienter librement suivant n'importe lequel des 3 axes d'un repère
cartésien
orthonormé.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
cylindre comprenant une chambre d'homogénéisation de la température
constituée d'un espace entre un tube dans lequel évolue le piston à double
effet
et un carter extérieur, ledit espace contenant un caloporteur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
des conduits de refoulement qui sont reliés au(x) conduit(s) d'admission du
moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un dispositif de passivation
constitué d'au moins un volume de passivation comprenant au moins un clapet
anti-retour.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
une roue dentée, un organe de transmission, un organe d'ancrage, un rouleau de
guidage, et une bielle qui sont situés diamétralement à l'opposé du piston à
double effet, du cylindre et des culasses par rapport au vilebrequin, la tige
de
liaison ayant une longueur suffisante pour relier ledit organe de transmission
audit
piston malgré la distance plus grande résultant de cette configuration.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
une transmission entre le compresseur à piston à double effet et le moteur à
combustion interne qui est assurée par des moyens de transmission en rotation
constitués d'au moins une chaîne et/ou au moins une courroie et/ou au moins
deux roues dentées.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention peut être
temporairement désolidarisé du moteur à combustion interne au moyen d'un
embrayage placé avant ou après les moyens de transmission en rotation.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins un arbre d'équilibrage.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une masse d'équilibrage reliée au vilebrequin par au moins une bielle
d'équilibrage, ladite bielle d'équilibrage étant articulée autour du
vilebrequin au
moyen d'une manivelle décalée de 180 degrés par rapport à celle sur laquelle
est
articulée la bielle du compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
une masse d'équilibrage qui est reliée au carter du compresseur par au moins
une
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biellette d'ancrage, de sorte à conserver un déplacement approximativement
parallèle à l'axe du cylindre dudit compresseur.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une vanne de by-pass permettant de relier des conduits d'entrée (E) et
de
sortie (S) dans lesquels débouchent respectivement les conduits d'admission et
de refoulement.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une vanne de by-pass permettant de relier le conduit de refoulement de
la
chambre supérieure avec le conduit d'admission de la chambre inférieure.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une vanne de by-pass permettant de relier le conduit de refoulement de
la
chambre inférieure avec le conduit d'admission de la chambre supérieure.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une vanne de by-pass permettant de relier le conduit de refoulement de
la
chambre inférieure avec le conduit d'admission de dite chambre inférieure.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une vanne de by-pass permettant de relier le conduit de refoulement de
la
chambre supérieure avec le conduit d'admission de dite chambre supérieure.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
au
moins une vanne d'isolement permettant de fermer le conduit d'admission de la
chambre supérieure et/ou de la chambre inférieure.
Le compresseur à piston à double effet suivant la présente invention comporte
un
piston à double effet dont la tige de liaison coopère avec un joint à
labyrinthe qui
réalise une étanchéité entre la chambre inférieure et le conduit d'admission
de
ladite chambre ou entre ladite chambre inférieure et l'intérieur du carter de
compresseur.
La description qui va suivre au regard des dessins annexés, donnés à titre
d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre l'invention, les
caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de
procurer :
Figure 1 est une vue en coupe illustrant les principaux composants d'un
compresseur à piston à double effet guidé par un rouleau et entraîné par une
roue
dentée et des crémaillères suivant la présente invention.
Figures 2 et 3 sont des vues schématiques représentant le compresseur à piston
à double effet guidé par un rouleau et entraîné par une roue dentée et des
crémaillères monté sur un moteur à combustion interne suivant la présente
invention.
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Figure 4 est une vue en coupe représentant une variante du compresseur à
piston
à double effet dont le piston n'est plus guidé par le cylindre mais par la
tige de
liaison suivant la présente invention.
Figures 5 à 9 sont des vues illustrant des variantes d'exécution du dispositif
d'étanchéité du piston à double effet suivant la présente invention.
Figure 10 est une vue schématique représentant une variante du compresseur à
piston à double effet dont l'ensemble des éléments de transmission sont situés
diamétralement à l'opposé du piston à double effet (4), du cylindre (3) et des
culasses (32, 33) par rapport au vilebrequin (27) suivant la présente
invention
Figure 11 est une vue schématique montrant des volumes de passivation montés
en sortie du compresseur à double effet et reliés entre eux par des clapets
anti-
retour suivant la présente invention.
Figures 12 à 16 sont des vues schématiques illustrant différentes
configurations
de montage d'une vanne de by-pass du compresseur à double effet suivant la
présente invention.
Figure 17 est une vue en perspective représentant des masses d'équilibrage
reliées par leur bielle d'équilibrage au vilebrequin du compresseur à double
effet
suivant la présente invention.
Description de l'invention :
On a représenté en figure 1 un compresseur à piston à double effet 1
comportant
un carter de compresseur 2 pourvu d'au moins un cylindre 3 dans lequel évolue
un piston à double effet 4.
Le cylindre 3 est fermé à chacune de ses extrémités par une culasse 32, 33, de
sort que ledit cylindre 3 et le piston 4 définissent communément une chambre
supérieure 5 et une chambre inférieure 6 chacune munie d'au moins un conduit
d'admission 7 et d'au moins un conduit de refoulement 8 pourvus chacun d'au
moins un clapet 90, 91.
Chaque clapet 90, 91 peut être remplacé, selon d'autres modes de réalisation,
par
une soupape, un boisseau, ou par tout autre dispositif permettant l'obturation
et
l'ouverture cyclique des conduits d'admission 7 et de refoulement 8.
Les clapets 90, 91 comportent un limiteur et/ou un amortisseur de chocs qui
est
par exemple constitué par une liaison élastique entre le corps du clapet et la
portée du clapet sur son siège.
La partie du piston 4 en contact avec le cylindre 3 présente un profil
sphérique 40
qui autorise l'orientation dudit piston dans ledit cylindre.
Le piston à double effet 4 possède au moins un segment ou un joint non
représenté qui assure son étanchéité avec le cylindre 3.
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Le piston à double effet 4 comporte des motifs en relief 47 qui créent une
perte de
charge sur sa partie cylindrique (Figure 4).
La surface intérieure 30 du cylindre comporte des motifs en relief qui créent
une
perte de charge.
Le piston à double effet 4 est relié par une tige de liaison 10 à un organe de
transmission 11. Le piston à double effet 4 peut être fixé à l'extrémité de la
tige de
liaison 10 au moyen d'une liaison rotule non représentée.
La tige de liaison 10 comporte au moins un segment ou un joint non représenté
qui assure son étanchéité avec le carter de compresseur 2 et/ou la culasse 33
de
la chambre inférieure 6 du compresseur 1.
On note que le joint peut selon un mode particulier de réalisation être
similaire aux
joints de queue de soupape des moteurs à combustion interne afin d'éviter que
l'huile contenue dans le carter de compresseur 2 ne remonte à l'intérieur de
la
chapelle d'admission 34 que comporte la culasse inférieure 33 dudit
compresseur 1.
On note que ce joint peut coopérer avec un segment d'étanchéité non représenté
qui empêche le gaz contenu dans la chambre inférieure 6 du compresseur 1 de
fuir à l'intérieur de ladite chapelle d'admission 34.
L'organe de transmission 11 coopère d'une part, avec un rouleau de guidage 12
au moyen d'au moins une surface de roulement 13 et au moyen d'au moins une
crémaillère de synchronisation de petite dimension 14, et d'autre part, avec
une
roue dentée 15 au moyen d'au moins une crémaillère de transmission de forte
dimension 16 et au moyen d'au moins une bande de roulement 17 placée au
voisinage du cercle primitif de ladite crémaillère de transmission de forte
dimension 16.
La roue dentée 15 comporte au moins une bande de roulement 18 qui est placée
au voisinage du cercle primitif de ladite roue dentée. La bande de roulement
18-
peut être fixée ou aménagée sur la roue dentée 15.
Le carter de compresseur 2 comporte à hauteur de la roue dentée 15 au moins
une piste de roulement de guidage 19 sur laquelle roule le rouleau de guidage
12.
Le rouleau de guidage 12 comporte à chaque extrémité au moins deux petites
roues dentées 20 qui coopèrent avec des crémaillères de petites dimensions 21
placées de part et d'autre de la piste de roulement de guidage 19 fixée sur le
carter de compresseur 2.
L'une au moins des deux petites roues dentées 20 du rouleau de guidage 12
coopère également avec la crémaillère de synchronisation de petite dimension
14
que comporte l'organe de transmission 11.
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L'organe de transmission 11 comporte des joues de rigidification, non
représentées, disposées de part et d'autre de sa crémaillère de transmission
de
forte dimension 16.
5 On note que le centre de gravité de l'ensemble constitué par le piston 4, la
tige de
liaison 10 et l'organe de transmission 11 devra se trouver positionné au plus
proche possible du cercle primitif de la crémaillère de transmission de forte
dimension 16.
10 La piste de roulement de guidage 19 et les crémaillères de petites
dimensions 21
placées de part et d'autre de ladite piste sont portées par une platine de
synchronisation 70 fixée sur le carter de compresseur 2.
On note qu'au moins une cale de réglage peut être intercalée entre la platine
de
15 synchronisation 70 et le carter de compresseur 2 permettant de régler
l'aplomb de
l'organe de transmission 11 et de limiter ainsi le débattement dudit organe
par
rapport au cylindre 3 du compresseur 1.
La roue dentée 15 coopère, à l'opposé de la crémaillère de transmission de
forte
dimension 16 de l'organe de transmission 11, avec au moins un organe d'ancrage
22 fixé sur le carter de compresseur 2.
L'organe d'ancrage 22 coopère avec la roue dentée 15 au moyen d'au moins une
crémaillère d'ancrage de forte dimension 23 et au moyen d'au moins une bande
de roulement 24 placée au voisinage du cercle primitif de ladite crémaillère
d'ancrage.
L'organe d'ancrage 22 comporte des joues de rigidification de part et d'autre
de sa
crémaillère d'ancrage de forte dimension 23.
La roue dentée 15 est articulée au moyen d'un axe 26 sur le pied d'une bielle
25
dont la tête est reliée à la manivelle 28 d'un vilebrequin 27 logé dans des
paliers
aménagés dans le carter de compresseur 2.
L'axe 26 au moyen duquel la roue dentée 15 est articulée sur le pied de la
bielle
25 peut être logé dans des alésages aménagés dans ladite roue de part et
d'autre
d'un évidemment, ledit évidemment logeant le pied de la bielle 25.
L'axe 26 au moyen duquel la roue dentée est articulée sur le pied de la bielle
25
peut être logé dans des alésages aménagés dans une fourche, non représentée
qui forme le pied de la bielle, ladite roue étant logée dans le creux de
ladite
fourche.
La roue dentée 15 possède un profil tronqué définissant deux secteurs dentés
150, 151 coopérant respectivement avec la crémaillère de transmission de forte
dimension 16 de l'organe de transmission 11 et la crémaillère d'ancrage de
forte
dimension 23 de l'organe d'ancrage 22.
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La roue dentée 15 comporte des poches d'allègement 152 et des nervures de
rigidification non représentées.
L'organe d'ancrage 22 comporte une tige supérieure ou inférieure d'ancrage 29
dont l'extrémité est fixée sur le carter de compresseur 2 au moyen soit d'une
liaison rotule, soit d'une liaison à deux axes perpendiculaires de type joint
de
cardan placée au-dessus ou au dessous dudit organe d'ancrage.
Dans notre exemple de réalisation l'organe d'ancrage 22 est fixé sur le carter
de
compresseur 2 au moyen d'une pièce 50 à deux axes perpendiculaires décalés, le
premier axe 51 s'articulant avec ledit organe d'ancrage 22, tandis que le
deuxième axe 52 s'articule avec le carter de compresseur 2.
Le deuxième axe 52 de la pièce 50 à deux axes perpendiculaires décalés
comporte une butée 53 qui permet de régler l'aplomb vertical de l'organe
d'ancrage 22.
La butée 53 qui permet de régler l'aplomb vertical de l'organe d'ancrage 22
est
vissée dans le carter de compresseur 2 et arrêtée en rotation par des moyens
de
blocage 54.
L'organe d'ancrage 22 comporte des moyens de réglage, non représentés, de sa
position verticale par rapport au carter de compresseur 2.
La bande de roulement 24 de la crémaillère d'ancrage à forte dimension 23 de
l'organe d'ancrage 22 est maintenue en contact avec la bande de roulement 18
de la roue dentée 15 par un dispositif de maintien en pression 60.
Le dispositif de maintien en pression 60 peut être constitué par exemple soit
d'un
ressort, soit d'un vérin presseur 61 relié à un accumulateur de pression.
On a montré en figures 2 et 3 le compresseur à piston à double effet 1 suivant
la
présente invention monté sur un moteur à combustion interne 100 à taux de
compression fixe ou à taux de compression variable.
Dans cet agencement particulier, le carter de compresseur 2 peut être soit
rapporté sur le carter cylindre 110 du moteur à combustion interne 100 à taux
de
compression fixe ou à taux de compression variable, soit intégré au dit carter
cylindre 110.
On note que tout ou partie du cylindre 3, des culasses 32, 33 et des conduits
d'admission 7 et de refoulement 8 du compresseur 1 font partie intégrante de
la
culasse du moteur à combustion interne 100.
Selon un autre mode de réalisation tout ou partie du cylindre 3, des culasses
32,
33 et des conduits d'admission 7 et de refoulement 8 du compresseur 1 font
partie
intégrante du carter cylindre 110 du moteur à combustion interne 100.
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Egalement, le vilebrequin 27 du compresseur à piston à double effet 1 est
réalisé
dans le prolongement du vilebrequin du moteur à combustion interne 100, et
fait
partie intégrante de ce dernier.
Les conduits de refoulement 8 du compresseur à piston à double effet 1 sont
reliés au(x) conduit(s) d'admission 111 du moteur à combustion interne 100.
On note que le ou les conduits d'admission 111 'du moteur à combustion interne
100 peuvent comporter un échangeur de température visant à refroidir l'air
admis
par le moteur, et éventuellement une chambre de passivation ou des filtres
actifs
ou passifs visant à limiter l'amplitude des ondes de pression présentes dans
le ou
les dit(s) conduit(s) d'admission.
On note aussi que des dispositifs de vannage en entrée de chaque cylindre 120
du moteur à combustion interne 100 peuvent être prévus afin d'uniformiser le
taux
de remplissage desdits cylindres, lesdits dispositifs de vannage opérant
ensemble
ou indépendamment les uns des autres.
Le carter de compresseur 2 comporte un circuit d'eau de refroidissement
connecté à celui du moteur à combustion interne 100.
Les conduits de refoulement 8 du compresseur à piston à double effet 1
comportent une vanne de redirection qui les met en tout ou partie en relation
avec
une réserve d'air comprimé non représentée.
Cette réserve d'air comprimé est constituée par exemple d'éléments de
structure
de la carrosserie d'un véhicule automobile, lesdits éléments de structures
étant
rendus étanche à l'air.
La réserve d'air comprimé peut servir à gommer la mise au travail du
compresseur 1 lorsqu'un appel de couple est reçu par le moteur à combustion
interne 100, ou à alimenter des fonctions pneumatiques, par exemple sur un
véhicule automobile, telle qu'une assistance au freinage ou tout autre service
rendu au conducteur et/ ou à ses passagers.
La réserve d'air comprimé est reliée à l'admission du moteur à combustion
interne
100 par un conduit de fort diamètre pouvant être ouvert ou fermé au moyen
d'une
vanne de forte section.
Selon un mode particulier de réalisation, la réserve d'air comprimé constitue
une
chambre de passivation limitant l'amplitude des variations de pression
induites par
le compresseur à piston à double effet 1 et par les cylindres 120 du moteur à
combustion interne 100.
La réserve d'air comprimé comporte une prise d'air comprimé permettant par
exemple à un automobiliste de regonfler ses pneumatiques à l'aide d'un
flexible
équipé d'un manomètre et des raccords appropriés.
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Les conduits de refoulement 8 du compresseur à piston à double effet 1
comportent une vanne de redirection, non représentée, qui les met en tout ou
partie en relation avec un boîtier de perte de charge.
Le boîtier de perte de charge permet de créer un frein moteur additionnel
lorsque
le moteur thermique 100 est utilisé sur un véhicule automobile, et également
permettant de réchauffer le catalyseur dudit véhicule plus rapidement en
chargeant le moteur d'un travail additionnel qui permet d'augmenter sa
température à l'échappement.
Les conduits d'admission 7 et/ou les conduits de refoulement 8 du compresseur
à
piston à double effet 1 comportent au moins un papillon de vannage 112.
On remarque que les conduits d'admission 7 du compresseur à piston à double
effet 1 peuvent être raccordés à un dispositif de recirculation des gaz
d'échappement du moteur thermique 100, connu en soi.
Également, les conduits d'admission 7 peuvent comporter un injecteur de
liquide
de nettoyage, ledit injecteur pouvant périodiquement injecter de l'eau pure ou
additivée ou tout autre liquide capable de nettoyer l'intérieur du compresseur
1,
c'est-à-dire les clapets 90, 91, les conduits d'admission 7, et de refoulement
8, le
piston à double effet 4 et le cylindre 3.
En variante le compresseur à piston à double effet 1 peut comporter plusieurs
étages, les pistons à double effet 4 de chaque cylindre 3 du compresseur 1
étant
alors reliés par une tige de liaison inter pistons, de sorte que le piston à
double
effet 4 suivant définit avec son cylindre 3, ses conduits d'admission 7 et de
refoulement 8 et ses clapets 90, 91 un nouvel étage de compresseur monté en
série ou en parallèle avec l'étage précédent.
Les conduits d'admission 7 du compresseur à piston double effet 1 comportent
au
moins un clapet de gavage, non représenté, positionné en amont et à une
certaine distance du clapet 90.
Les conduits d'admission 7 du compresseur à piston double effet 1 sont reliés
à la
sortie d'un compresseur centrifuge ou rotatif, non représenté, qui est
entraîné par
exemple par un moteur électrique.
Le compresseur centrifuge peut être entraîné par une turbine entraînée par les
gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Le piston à double effet 4 du compresseur à piston double effet 1 comporte une
jante d'étanchéité 41 montée radialement libre entre au moins deux flasques
42,
43 (Figure 5).
La jante d'étanchéité 41 peut être réalisée par exemple en matériau composite,
ledit matériau étant capable de s'accommoder à la géométrie du cylindre en
s'usant sur ledit cylindre jusqu'à posséder une forme complémentaire à celle
dudit
cylindre de sorte à présenter un jeu minimal de fonctionnement avec ledit
cylindre.
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La jante d'étanchéité 41 du piston à double effet 4 possède des motifs en
relief 47
qui créent une perte de charge sur sa partie cylindrique externe (Figure 5).
La jante d'étanchéité 41 comporte au moins un joint supérieur 44 et/ou un
joint
inférieur 45 réalisant une étanchéité entre ladite jante 41 et les flasques
42, 43
entre lesquelles elle est montée (Figure 5).
Le piston à double effet 4 du compresseur à piston double effet 1 comporte un
empilement de rondelles d'étanchéité 46, ledit empilement étant monté
radialement libre entre au moins deux flasques 42, 43 (Figure 6).
Les rondelles d'étanchéité 46 du piston à double effet 4 possèdent des motifs
en
relief 47 qui créent une perte de charge sur leur partie cylindrique externe
(Figure
6).
La première et/ou la dernière rondelle d'étanchéité 46 du piston à double
effet 4
comporte(nt) au moins un joint 44, 45 réalisant une étanchéité entre ladite
rondelle 46 et le flasque 42, 43 avec lequel elle est en contact (Figure 6).
Le piston à double effet 4 du compresseur à piston double effet 1 comporte au
moins un joint dynamique 80 en sa périphérie dont la distance avec le cylindre
3
est asservie à la pression régnant dans la chambre supérieure 5 ou inférieure
6,
ledit joint dynamique 80 pouvant entrer en contact avec le cylindre 3
lorsqu'une
pression suffisante règne dans la chambre 5, 6 à étancher (Figure 7).
Le joint dynamique 80 du piston à double effet 4 comporte une chambre à air 81
reliée à l'une ou l'autre des chambres 5, 6 par au moins un conduit 82, ladite
chambre à air 81 pouvant exercer une pression sur la face cylindrique interne
d'un
anneau constricteur 83 et ledit anneau pouvant alors pousser un joint à lèvre
84
vers la surface du cylindre 3 jusqu'à assurer le contact entre ledit joint à
lèvre 84
et ledit cylindre 3.
On note que le joint à lèvre 84 peut être remplacé par un joint torique, un
joint
composite, ou tout autre type de joint métallique ou non.
L'anneau constricteur 83 du joint dynamique 80 est muni d'une coupe qui
comporte une butée limitant le diamètre maximal dudit anneau.
Le joint dynamique 80 est constitué d'un tore 85 en matière souple logé dans
une
gorge 86 avec les faces supérieures et inférieures de laquelle il constitue
une
étanchéité, l'espace entre l'arrière de la gorge 86 et ledit tore 85 ou
l'intérieur dudit
tore 85 étant relié à l'une ou l'autre des chambres 5, 6 par au moins un
conduit 87
et ledit tore pouvant pousser un joint à lèvre 84 vers la surface du cylindre
3
jusqu'à assurer le contact entre ledit joint à lèvre 84 et ledit cylindre 3
(Figure 8).
Le joint dynamique 80 est constitué d'une vessie toroïdale 180 en matière
souple
logée dans une gorge 181, ladite vessie 180 étant relié à l'une ou l'autre des
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chambres 5, 6 par au moins un conduit 182 de sorte à pouvoir se gonfler sous
l'effet de la pression afin d'entrer en contact avec le cylindre 3 (Figure 9).
La vessie 180 comporte en sa périphérie extérieure des petits trous 183 par
5 lesquels peut sortir l'air sous pression, de sorte à constituer un coussin
d'air
évitant le contact direct de ladite vessie 180 avec le cylindre 3 (Figure 9).
La tige de liaison 10 du compresseur à piston double effet 1 coopère avec un
dispositif de guidage 101 positionné à l'intérieur et/ou en dessous de la
culasse
10 33 qui ferme l'extrémité inférieure du cylindre 3, ledit dispositif de
guidage 101
assurant le positionnement radial et l'orientation axiale de ladite tige de
liaison 10
(Figure 4).
Selon ce mode particulier de réalisation, la face cylindrique extérieure du
piston à
15 double effet 4 ne participe plus ni au positionnement ni à l'orientation
dudit piston.
En ce cas, le piston 4 n'entre pas en contact avec le cylindre 3, ce qui a
pour effet
de limiter les pertes par frottement du compresseur à piston double effet 1
selon
l'invention et d'éviter tout risque de grippage entre ledit piston 4 et ledit
cylindre 3.
La tige de liaison 10 du compresseur à piston double effet 1 est reliée à
l'organe
de transmission 11 par une liaison à rotule 102 (Figure 4).
La rotule 102 peu être remplacée, par exemple, par un joint de cardan ou par
tout
autre moyen de solidarisation en translation offrant une liberté angulaire
dans les
trois axes x, y et z.
L'axe 26 de la roue dentée 15 du compresseur à piston double effet 1 comporte
une rotule permettant à ladite roue dentée 15 de s'orienter librement suivant
n'importe lequel des trois axes d'un repère cartésien orthonormé.
Le cylindre 3 du compresseur à piston double effet 1 comporte une chambre
d'homogénéisation de la température constituée d'un espace entre un tube dans
lequel évolue le piston à double effet 4 et un carter extérieur, ledit espace
contenant un caloporteur.
Le caloporteur peut être par exemple constitué d'huile cohabitant avec de
l'air ou
un gaz neutre non oxydant tel que de l'azote ou du gaz carbonique, un mélange
d'eau et de glycol, ou des sels de sodium.
L'espace se doit - selon l'invention - d'être suffisant pour permettre au
caloporteur
d'effectuer des mouvements convectifs propices à l'homogénéisation de la
température du cylindre sur toute sa hauteur et toute sa circonférence.
Les conduits de refoulement 8 du compresseur à piston double effet 1 sont
reliés
au(x) conduit(s) d'admission 111 du moteur à combustion interne 100 par
l'intermédiaire d'un dispositif de passivation 130 constitué d'une succession
d'au
moins un volume de passivation 132 relié entre eux par au moins un clapet anti-
retour 131 (Figure 11).
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Le dispositif de passivation 130 trouve toute son utilité lorsque la bielle 25
du
compresseur à piston double effet 1 selon l'invention est montée sur le
vilebrequin
d'un moteur 100 à trois cylindres et que ledit compresseur est utilisé pour
suralimenter ledit moteur.
En ce cas, le compresseur à piston double effet 1 génère quatre bouffées d'air
comprimé tous les deux tours de vilebrequin, tandis que le moteur 100 n'en
admet
que trois durant le même laps de temps.
Le dispositif de passivation 130 est alors utilisé pour éviter de trop grandes
différences de remplissage entre les cylindres dudit moteur 100. On note que
la
succession de volumes et de clapets peut être remplacée ou coopérer avec un ou
plusieurs résonateurs de Helmholtz, connus de l'homme de l'art.
La roue dentée 15, l'organe de transmission 11, l'organe d'ancrage 22, le
rouleau
de guidage 12, et la bielle 25 du compresseur à piston double effet 1 peuvent
être
situés diamétralement à l'opposé du piston à double effet 4, du cylindre 3 et
des
culasses 32, 33 par rapport au vilebrequin 27, la tige de liaison 10 ayant une
longueur suffisante pour relier ledit organe de transmission 11 audit piston 4
malgré la distance plus grande résultant de cette configuration (Figure 10).
La transmission entre le compresseur à piston à double effet 1 et le moteur à
combustion interne 100 est assurée par des moyens de transmission en rotation
constitués d'au moins une chaîne et/ou au moins une courroie et/ou au moins
deux roues dentées.
Le compresseur à piston à double effet 1 suivant la présente invention peut
être
temporairement désolidarisé du moteur à combustion interne (100) au moyen d'un
embrayage placé avant ou après les moyens de transmission en rotation.
Le compresseur à piston à double effet 1 suivant la présente invention peut
comporter au moins un arbre d'équilibrage.
Le compresseur à piston à double effet 1 suivant la présente invention peut
comporter au moins une masse d'équilibrage 250 reliée au vilebrequin 27 par au
moins une bielle d'équilibrage 251 ladite bielle d'équilibrage 251 étant
articulée
autour du vilebrequin 27 au moyen d'une manivelle 252 décalée de 180 degrés
par rapport à celle sur laquelle est articulée la bielle 25 du compresseur.
La masse d'équilibrage 250 est reliée au carter 110 du compresseur par au
moins
une biellette d'ancrage 253, de sorte à conserver un déplacement
approximativement parallèle à l'axe du cylindre 3 du compresseur à piston à
double effet 1.
Le compresseur à piston à double effet 1 comporte au moins une vanne de by-
pass 140 permettant de relier des conduits d'entrée (E) et de sortie (S) dans
lesquels débouchent respectivement les conduits d'admission 7 et de
refoulement
8 (Figure 12).
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Le compresseur à piston à double effet 1 comporte au moins une vanne de by-
pass 141 permettant de relier le conduit de refoulement 8 de la chambre
supérieure 5 avec le conduit d'admission 7 de la chambre inférieure 6 (Figure
13).
Le compresseur à piston à double effet 1 comporte au moins une vanne de by-
pass 142 permettant de relier le conduit de refoulement 8 de la chambre
inférieure
6 avec le conduit d'admission 7 de la chambre supérieure 5 (Figure 14).
Le compresseur à piston à double effet 1 comporte au moins une vanne de by-
pass 143 permettant de relier le conduit de refoulement 8 de la chambre
inférieure
6 avec le conduit d'admission 7 de ladite chambre inférieure 6 (Figure 16).
Le compresseur à piston à double effet 1 comporte au moins une vanne de by-
pass 144 permettant de relier le conduit de refoulement 8 de la chambre
supérieure 5 avec le conduit d'admission 7 de dite chambre supérieure 5
(Figure
15).
On note que les différentes vannes de by-pass 140, 141, 142, 143, 144, peuvent
s'additionner et se combiner entre elles.
Le compresseur à piston à double effet 1 comporte au moins une vanne
d'isolement, non représentée, permettant de fermer le conduit d'admission 7 de
la
chambre supérieure 5 et/ou de la chambre inférieure 6.
La tige de liaison 10 du compresseur à piston à double effet 1 coopère avec un
joint à labyrinthe, non représenté, qui réalise une étanchéité entre la
chambre
inférieure 6 et le conduit d'admission 7 de ladite chambre 6 ou entre ladite
chambre inférieure 6 et l'intérieur du carter de compresseur 2.
Fonctionnement de l'invention
Le fonctionnement du compresseur à piston à double effet 1 suivant la présente
invention est le suivant :
Le vilebrequin 27 du compresseur 1 est entraîné en rotation par un moteur
thermique ou électrique.
La bielle 25 reliée au maneton du vilebrequin 27 entraîne alors la roue dentée
15
en translation verticale, ladite roue dentée 15 étant engrenée d'une part avec
la
crémaillère d'ancrage de forte dimension 23 que comporte l'organe d'ancrage 22
fixé sur le carter de compresseur 2 et d'autre part, avec la crémaillère de
transmission de forte dimension 16 que comporte l'organe de transmission 11,
ledit organe de transmission 11 étant lui-même relié au piston à double effet
4 par
la tige de liaison 10.
Cette configuration a pour effet de transmettre le mouvement de la bielle 25
au
piston à double effet 4. Cependant, la course du piston à double effet 4 est
deux
CA 02784058 2012-06-11
WO 2011/101561 PCT/FR2011/000097
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fois plus longue que celle de la bielle 25 dans la mesure ou le pied de ladite
bielle
est centré dans la roue dentée 15.
Diverses variantes de relation cinématique entre la bielle 25 et le piston 4
peuvent
cependant être trouvées en ne localisant plus l'axe du pied de bielle
exactement
au centre de la roue dentée 15, ou en modifiant la position du cylindre 3 du
compresseur 1 par rapport à celle du vilebrequin 25.
L'organe de transmission 11 est maintenu parallèle au cylindre 3 du
compresseur
1 par le rouleau de guidage 12, le centre de ce dernier restant à même hauteur
que celui de la roue dentée 15 grâce à l'action des petite roues dentées 20
dudit
rouleau 12 qui coopèrent d'une part avec les crémaillères de petites
dimensions
21 placées de part et d'autre de la piste de roulement de guidage 19 du carter
de
compresseur 2, et d'autre part avec la crémaillère de synchronisation de
petite
dimension 14 que comporte l'organe de transmission 11.
Le mouvement de va-et-vient du piston à double effet 4 dans le cylindre 3 du
compresseur 1 selon l'invention fait varier cycliquement le volume des
chambres
supérieures 5 et inférieures 6 dudit compresseur.
Ainsi, chaque chambre 5, 6 aspire le gaz via le ou les conduit(s) d'admission
7
que comporte la culasse 32, 33 de ladite chambre 5, 6, puis refoule ledit gaz
via le
ou les conduit(s) de refoulement 8 que comporte également ladite culasse 32,
33.
Durant ce cycle, le ou les clapet(s) 90 du ou des conduit(s) d'admission 7
laissent
entrer le gaz dans la chambre correspondante 5, 6 mais en interdisent la
sortie,
tandis que le ou les clapet(s) 91 du ou des conduit(s) de refoulement 8
laissent
sortir le gaz de ladite chambre 5, 6 correspondante mais en interdisent
l'entrée.
Durant le fonctionnement, les bandes de roulement 17, 18, 24 que comporte
respectivement l'organe de transmission 11, la roue dentée 15, et l'organe
d'ancrage 22 du compresseur 1 selon l'invention, maintiennent l'entraxe
souhaité
entre ladite roue dentée 15 et lesdits organes de transmission 11 et d'ancrage
22
et permettent aux dentures que comportent ladite roue dentée 15 et lesdits
organes de transmission 11 et d'ancrage 22, de fonctionner selon le jeu
recherché.
L'organe d'ancrage 22 assume la même orientation que celle de la roue dentée
15 grâce à la liaison rotule ou le joint de cardan ou la pièce 50 à deux axes
perpendiculaires décalés qui maintient en place ledit organe d'ancrage 22 dans
le
carter du compresseur 2, ces dispositifs permettant audit organe d'ancrage 22
de
s'orienter en rotation, mais pas de se déplacer en translation.
Les bandes de roulement 17, 18, 24 que comporte respectivement l'organe de
transmission 11, la roue dentée 15 et l'organe d'ancrage 22 sont en outre
maintenues en contact par un dispositif de maintien en pression 60 qui pousse
sur
la face extérieure dudit organe d'ancrage 22, de sorte que le compresseur 1
selon
l'invention reste silencieux durant son fonctionnement.
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WO 2011/101561 PCT/FR2011/000097
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Dans le cas particulier ou le compresseur 1 selon l'invention est utilisé pour
suralimenter un moteur à combustion interne 100, les conduits de refoulement 8
dudit compresseur 1 refoulent l'air dans le(s) conduit(s) d'admission 111 du
moteur 100.
Selon un mode particulier de réalisation, le débit d'air à l'entrée du
compresseur 1
est contrôlé par un papillon de vannage 112, tandis que la température de
l'air en
sortie du compresseur est diminuée au moyen d'un échangeur de température.
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée
qu'à
titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont
on ne
sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre
équivalent.
