EP2536949A1 - Compresseur a piston a double effet guide par un rouleau et entraine par une roue dentee et des cremailleres - Google Patents

Compresseur a piston a double effet guide par un rouleau et entraine par une roue dentee et des cremailleres

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EP2536949A1
EP2536949A1 EP11709993A EP11709993A EP2536949A1 EP 2536949 A1 EP2536949 A1 EP 2536949A1 EP 11709993 A EP11709993 A EP 11709993A EP 11709993 A EP11709993 A EP 11709993A EP 2536949 A1 EP2536949 A1 EP 2536949A1
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EP
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double
acting piston
compressor according
piston compressor
cylinder
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EP11709993A
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Vianney Rabhi
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    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit

Definitions

  • the present invention relates to a double-acting piston compressor guided by a roller and driven by a gear wheel and racks.
  • the invention relates to a double-acting piston compressor guided by a roller and driven by a gear wheel and racks.
  • Reciprocating piston compressors are usually equipped with a single-acting piston driven by a connecting rod-crank similar to that of internal combustion engines. Some reciprocating piston compressors are, however, equipped with one or more double acting piston (s).
  • the cylinder and the piston of this type of compressor commonly define an upper chamber and a lower chamber, said piston having a lower rod which imparts its translational movement and participates in its orientation, said rod being itself connected to a butt or to a sheath plunger which guides it in translation and connects it to a connecting rod by means of a pivot connection.
  • Double-acting piston compressors offer excellent efficiency because the suction and the discharge of the gas are operated simultaneously by the same piston whose upper and lower face is active. This potentially allows to limit the number of cylinders, to reduce the speed of the compressor to the same service and to increase the mechanical efficiency of said compressor by relative reduction of friction losses.
  • the butt or the piston plunger which comprises the double-acting piston compressors makes it possible to suppress the radial force which the rod usually exerts on the piston of the single-acting piston compressors, since it is the connection between said butt and its piston. guide or said sheath piston and its cylinder which undergoes the transverse forces generated by the connecting rod.
  • the volumetric compressors used today for supercharging the automobile engines are mainly lobes of "roots” type, screw type “Lysholm”, rotary piston according to the principle “Wankel”, paddle and off-center rotor type “ Zoller “or” Cozette “, or spiral type” G “such as those used formerly by” Wolkswagen “on some of its models.
  • the supercharging device that dominates the market for automotive internal combustion engines is the centrifugal turbocharger, because of its simplicity of installation and the fact that its drive exploits the tail of the expansion of the gas, said tail is usually lost to the exhaust on a supercharged engine with a mechanical compressor driven by the crankshaft.
  • turbochargers have the disadvantage of an inconvenient response time for the driver of the vehicle, an inability to produce strong torques over the entire speed range, except to provide several, and a high temperature sensitivity of the exhaust gas which must not exceed the acceptable limit for the turbine.
  • turbochargers Another disadvantage of turbochargers is the increase in exhaust back pressure which limits the possibilities of sweeping the load contained in the combustion chamber of the engine and which complicates the design and development of the recirculation devices of the gases. exhaust.
  • turbochargers Another disadvantage of turbochargers is the interposition of a turbine and its housing between the exhaust outlets of the engine and the post-treatment catalyst pollutants of said engine, because this interposition has the effect of extending the boot time of said catalyst due to a slower rise in temperature of said catalyst.
  • the piston compressor has the advantage over centrifugal turbochargers of a virtual absence of response time. This is due to the capacity of the volumetric compressors to immediately supply the internal combustion engine with an intake pressure higher than the atmospheric pressure.
  • the double-acting piston produces a puff of compressed air at each half-turn: this characteristic makes it possible to supply the admission of the internal combustion engine with an almost constant pressure, once the puffs are damped and filtered by the intake plenum and / or additional volume capacity.
  • This feature makes it possible to mount the double-acting piston compressor directly on the crankshaft of the internal combustion engine by means of an additional crankpin and to save any other transmission device.
  • This configuration may particularly be suitable for short internal two, three or four-cylinder internal combustion engines to which is added a double-piston piston cylinder cylinder of cubic capacity in most cases greater than that of the engine cylinders of said combustion engine internally, so that the desired intake pressure can be reached over the entire speed range.
  • Another advantage of the supercharging of internal combustion engines by a double-acting piston compressor mounted directly on the crankshaft of said engines is the reduction of cost and bulk.
  • the object of the present invention is to replace the butt or piston usually provided in said double-acting piston compressors by a gear transmission device and racks cooperating with a guide roller.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention further proposes to offset the crankshaft relative to the cylinder so that the amplitude of the vertical movement of the rod is not worth, for example, more than half the amplitude of the vertical movement. of the piston.
  • This arrangement makes it possible to greatly reduce the overall size of the crank-handle assembly for the same piston stroke and therefore greatly reduce the vertical space requirement of the double-acting piston compressor.
  • the misalignment of the crankshaft allows the rod which usually connects the piston to a stick or a piston sleeve to move mainly next to the rod and no longer above it, which is a second means of to reduce the vertical dimensions of the double-acting piston compressor according to the present invention.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention makes it possible to replace the sliding of the butt or the sheath piston by the rolling of a guide roller, which significantly reduces the mechanical friction losses of said piston compressor. double effect.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention nevertheless makes it possible to retain the advantage of a zero or extremely low radial force applied to the double-acting piston.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention guided by a guide roller and driven by a toothed wheel and racks, differs from the prior art in that, according to a particular embodiment: Radials commonly experienced by the pistons of single-acting compressors are eliminated, allowing in particular a durable operation of the piston and its cylinder, even in the absence of lubricating oil; ⁇ The vertical dimensions of the compressor are limited despite the presence of two compression chambers as delimited by the double-acting piston, which extends the fields of application of the double-acting piston compressors, in particular to the supercharging of the combustion engines. automobiles; ⁇ The mechanical friction of double-acting piston compressors is reduced and their mechanical efficiency is increased.
  • the double-acting piston compressor driven by a roller and driven by a gear wheel and racks according to the present invention applies to any type of use including the supercharging of internal combustion engines.
  • the double-acting piston compressor driven by a roller and driven by a gear wheel and racks according to the present invention comprises:
  • the double-acting piston compressor guided by a roller and driven by a gear wheel and racks comprises:
  • At least one cylinder in which a double-acting piston operates said cylinder being carried by a compressor casing and each of its ends being closed by a cylinder head, said cylinder and said piston commonly defining an upper chamber and a lower chamber each provided with at least one intake duct and at least one discharge duct, and each duct comprising at least one flap,
  • a connecting rod which connects the double-acting piston to a transmission member, said transmission member cooperating on the one hand with a guide roller by means of at least one rolling surface and by means of at least one a small synchronization rack, and secondly, with a toothed wheel by means of at least one transmission rack of large dimension and by means of at least one tread placed in the vicinity of the pitch circle of said rack of transmission of strong dimension; At least one tread fixed or arranged on the toothed wheel, said tread being placed in the vicinity of the pitch circle of said gear wheel;
  • At least one guide raceway secured to the compressor housing at the height of the gear wheel and on which the guide roller rolls;
  • At least two small gears placed respectively at both ends of the guide roller and which cooperate with small racks placed on either side of the guide raceway fixed to the compressor housing, one of the two at least small toothed wheels cooperating also with the small synchronization rack which comprises the transmission member:
  • At least one anchoring member fixed on the compressor housing said anchoring member cooperating with the toothed wheel by means of at least one anchor rack of large dimension and by means of at least one tread placed in the vicinity of the pitch circle of said large dimension anchor rack;
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a piston whose part in contact with the cylinder has a spherical profile which allows the orientation of said piston in said cylinder.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston having at least one segment or seal which seals it with the cylinder.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston having relief patterns which create a pressure drop on the cylindrical portion of said piston.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a cylinder whose inner surface has raised patterns which create a pressure drop.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston which is attached to the end of the connecting rod by means of a ball joint.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a connecting rod having at least one segment or a seal which ensures its sealing with the cylinder head of the lower chamber of the compressor.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a connecting rod having at least one segment or seal which seals with the compressor housing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an anchor member having an upper or lower anchor rod whose end is fixed to the compressor housing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an anchor member which is secured to the compressor housing by means of a ball joint.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a ball joint which is placed above or below the anchor.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an anchoring member comprising stiffening cheeks on either side of its large dimension anchoring rack.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an anchoring member which is fixed on the compressor housing by means of a connection with two perpendicular axes of the universal joint type.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an anchoring member which is fixed on the compressor casing by means of a part with two mutually perpendicular axes offset, the first axis being articulated with said anchoring member, while the second axis is articulated with the compressor housing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a part with two offset perpendicular axes whose second axis comprises a stop which makes it possible to adjust the vertical plumb of the anchoring member.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an abutment for adjusting the vertical plumb of the anchoring member which is screwed into the compressor housing and is stopped in rotation by locking means.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an anchoring member comprising means for adjusting its vertical position with respect to the compressor casing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a tread of the anchoring member which is held in contact with the tread of the gear wheel by a pressure holding device.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a pressure holding device which consists of a spring.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a pressurizing device which consists of a pressure cylinder connected to a pressure accumulator.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a toothed wheel which has a truncated profile defining two toothed sectors.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a gear wheel having lightening pockets and stiffening ribs.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an axis by means of which the toothed wheel is articulated on the base of the connecting rod which is housed in bores formed in said gear wheel on either side of a recess, said recess housing the foot of the connecting rod.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises an axle by means of which the toothed wheel is articulated on the foot of the connecting rod which is housed in bores arranged in a fork which forms the foot of the connecting rod, said toothed wheel being housed in the hollow of said fork.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a transmission member comprising stiffening cheeks on either side of its transmission rack of large dimension.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a guide rolling track and small-sized racks placed on either side of said track which are carried by a timing plate fixed on the compressor housing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one adjusting shim which is interposed between the synchronization plate and the compressor casing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention is mounted on an internal combustion engine with a fixed compression ratio or a variable compression ratio.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a crankshaft of the compressor which is made in the extension of the crankshaft of an internal combustion engine, and is an integral part thereof.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises compressor discharge ducts which are connected to the intake ducts of the internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a compressor casing which is attached to the cylinder block of the internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a compressor casing which is an integral part of the cylinder block of the internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a cylinder, cylinder heads, and intake and discharge conduits which are wholly or partly integrated with the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a cylinder, cylinder heads, and intake and discharge conduits which are wholly or partly integrated with the cylinder block of the internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a compressor casing having a cooling water circuit connected to that of the internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises discharge pipes comprising a redirection valve which puts them wholly or partly in connection with a reserve of compressed air.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a reserve of compressed air which consists of structural elements of the bodywork of a motor vehicle, said structural elements being rendered airtight.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a reserve of compressed air which is connected to the intake of the internal combustion engine by a large-diameter conduit which can be opened or closed by means of a valve of large section. .
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a reserve of compressed air having a compressed air intake.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises discharge pipes of the compressor comprising a redirection valve which puts them wholly or partly in connection with a pressure drop housing.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises intake ducts of the compressor having at least one throttle valve.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises discharge pipes having at least one throttle valve.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises valves having a limiter and / or a shock absorber.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a limiter and / or a shock absorber which consists of an elastic connection between the valve body and the seat of the valve on its seat.
  • the double-acting piston compressor comprises an inter-piston connecting rod which connects the double-acting pistons of each cylinder of the compressor, the following double-acting piston defining with its cylinder, its intake and discharge pipes. and its valves, a new compressor stage mounted in series or in parallel with the previous stage.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises intake ducts comprising at least one booster valve positioned upstream and at a distance from the valve.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention has intake ducts which are connected to the outlet of a centrifugal or rotary compressor.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a centrifugal compressor which is driven by an electric motor.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a centrifugal compressor which is driven by a turbine driven by the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston comprising a radially free sealing rim between at least two flanges.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose sealing rim has relief patterns which create a pressure drop on its outer cylindrical portion.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose sealing rim comprises at least one upper seal and / or one lower seal sealing between said rim and the flanges between which it is mounted.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston comprising a stack of sealing washers, said stack being mounted radially free between at least two flanges.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose sealing washers have relief patterns which create a pressure drop on their outer cylindrical portion.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose first and / or last sealing washer comprises (s) at least one seal providing a seal between said washer and the flange with which it is in touch.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston comprising at least one dynamic seal at its periphery whose distance from the cylinder is slaved to the pressure in the upper or lower chamber, said dynamic seal being able to enter in contact with the cylinder when sufficient pressure prevails in the chamber to be sealed.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose dynamic seal comprises an air chamber connected to one or the other of the chambers by at least one duct, said air chamber being able to exert a pressure on the inner cylindrical face of a constrictor ring and said ring can then push a lip seal towards the surface of the cylinder to ensure contact between said lip seal and said cylinder.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston of which the constrictor ring of the dynamic seal is provided with a cut which comprises a stop limiting the maximum diameter of said ring.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose dynamic seal consists of a torus of flexible material housed in a groove with the upper and lower faces of which it constitutes a seal, the space between the back of the groove and said torus or the inside of said torus being connected to one or the other of the chambers by at least one conduit and said torus being able to push a lip seal towards the surface of the cylinder up to ensuring contact between said lip seal and said cylinder.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose dynamic seal consists of a toroidal bladder of flexible material housed in a groove, said bladder being connected to one or the other of the chambers. by at least one conduit so that it can inflate under the effect of pressure in order to come into contact with the cylinder.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose dynamic seal bladder comprises in its outer periphery small holes through which the pressurized air can exit, so as to constitute an air cushion. avoiding direct contact of said bladder with the cylinder.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose connecting rod cooperates with a guiding device positioned inside and / or below the cylinder head which closes the lower end of the cylinder, said guide device providing radial positioning and axial orientation of said connecting rod.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose connecting rod is connected to the transmission member by a ball joint.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a toothed wheel whose axis comprises a ball joint enabling said toothed wheel to orient freely along any of the 3 axes of an orthonormal Cartesian coordinate system.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a cylinder comprising a temperature homogenization chamber consisting of a space between a tube in which the double-acting piston moves and an outer casing, said space containing a coolant.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises discharge pipes which are connected to the intake manifold (s) of the internal combustion engine by means of a passivation device consisting of at least a passivation volume comprising at least one non-return valve.
  • the double-acting piston compressor comprises a gear wheel, a transmission member, an anchor member, a guide roller, and a connecting rod which are located diametrically opposite the double-acting piston, the cylinder and cylinder heads relative to the crankshaft, the connecting rod having a sufficient length to connect said transmission member to said piston despite the greater distance resulting from this configuration.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a transmission between the double-acting piston compressor and the internal combustion engine which is provided by means of transmission in rotation consisting of at least one chain and / or at least one a belt and / or at least two toothed wheels.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention may be temporarily disconnected from the internal combustion engine by means of a clutch placed before or after the rotational transmission means.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one balancing shaft.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one balancing mass connected to the crankshaft by at least one balancing rod, said balancing rod being articulated around the crankshaft by means of a crank offset by 180 degrees to that on which is articulated the connecting rod of the compressor.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a balancing mass which is connected to the compressor casing by at least one anchor link, so as to maintain a displacement approximately parallel to the axis of the cylinder of said compressor.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one by-pass valve for connecting inlet (E) and outlet (S) ducts into which the intake and discharge ducts respectively open.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one bypass valve for connecting the discharge duct of the upper chamber with the intake duct of the lower chamber.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one bypass valve for connecting the discharge duct of the lower chamber with the inlet duct of the upper chamber.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one by-pass valve for connecting the discharge duct of the lower chamber with the inlet duct of said lower chamber.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one bypass valve for connecting the discharge pipe of the upper chamber with the inlet duct of said upper chamber.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises at least one isolation valve for closing the intake duct of the upper chamber and / or the lower chamber.
  • the double-acting piston compressor according to the present invention comprises a double-acting piston whose connecting rod cooperates with a labyrinth seal which provides a seal between the lower chamber and the inlet duct of said chamber or between said lower chamber. and the inside of the compressor housing.
  • Figures 2 and 3 are schematic views showing the double-acting piston compressor guided by a roller and driven by a gear wheel and racks mounted on an internal combustion engine according to the present invention.
  • Figure 4 is a sectional view showing a variant of the double-acting piston compressor whose piston is no longer guided by the cylinder but by the connecting rod according to the present invention.
  • Figures 5 to 9 are views illustrating alternative embodiments of the sealing device of the double-acting piston according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagrammatic view showing a variant of the double-acting piston compressor of which all the transmission elements are situated diametrically opposite the double-acting piston (4), the cylinder (3) and the cylinder heads (32); 33) with respect to the crankshaft (27) according to the present invention
  • Figure 11 is a schematic view showing passivation volumes mounted at the output of the double-acting compressor and interconnected by non-return valves according to the present invention.
  • Figures 12 to 16 are schematic views illustrating different mounting configurations of a bypass valve of the dual-effect compressor according to the present invention.
  • Figure 17 is a perspective view showing balancing masses connected by their balancing rod to the crankshaft of the double-acting compressor according to the present invention. Description of the invention
  • FIG. 1 shows a double-acting piston compressor 1 comprising a compressor casing 2 provided with at least one cylinder 3 in which a double-acting piston 4 operates.
  • the cylinder 3 is closed at each of its ends by a yoke 32, 33, fate that said cylinder 3 and the piston 4 commonly define an upper chamber 5 and a lower chamber 6 each provided with at least one inlet duct 7 and at least one discharge pipe 8 each provided with at least one valve 90, 91.
  • Each valve 90, 91 can be replaced, according to other embodiments, by a valve, a plug, or by any other device allowing the closing and the cyclic opening of the intake ducts 7 and discharge ducts 8.
  • the valves 90, 91 comprise a limiter and / or a shock absorber which is for example constituted by an elastic connection between the body of the valve and the range of the valve on its seat.
  • the portion of the piston 4 in contact with the cylinder 3 has a spherical profile 40 which allows the orientation of said piston in said cylinder.
  • the double-acting piston 4 has at least one segment or an unrepresented seal which seals with the cylinder 3.
  • the double-acting piston 4 comprises relief patterns 47 which create a pressure drop on its cylindrical portion ( Figure 4).
  • the inner surface 30 of the cylinder has raised patterns which create a pressure drop.
  • the double-acting piston 4 is connected by a connecting rod 10 to a transmission member 11.
  • the double-acting piston 4 can be attached to the end of the connecting rod 10 by means of a not shown ball link.
  • the connecting rod 10 comprises at least one segment or a not shown joint which ensures its sealing with the compressor housing 2 and / or the yoke 33 of the lower chamber 6 of the compressor 1.
  • the seal may, in a particular embodiment, be similar to the valve stem seals of internal combustion engines in order to prevent the oil contained in the compressor casing 2 from returning to the interior of the chapel. admission 34 that includes the bottom yoke 33 of said compressor 1.
  • this seal can cooperate with a not shown sealing segment which prevents the gas contained in the lower chamber 6 of the compressor 1 from escaping inside said intake vault 34.
  • the transmission member 11 cooperates on the one hand with a guide roller 12 by means of at least one rolling surface 13 and by means of at least one small synchronization rack 14, and on the other hand , with a toothed wheel 15 by means of at least one high-dimensional transmission rack 16 and by means of at least one tread 17 placed in the vicinity of the pitch circle of said high-dimensional transmission rack 16.
  • the toothed wheel 15 comprises at least one tread 18 which is placed in the vicinity of the pitch circle of said toothed wheel.
  • the tread 18 can be fixed or arranged on the toothed wheel 15.
  • the compressor casing 2 comprises at the level of the toothed wheel 15 at least one guide rolling track 19 on which the guide roller 12 rolls.
  • the guide roller 12 comprises at each end at least two small gears 20 which cooperate with small racks 21 placed on either side of the guide raceway 19 fixed on the compressor housing 2.
  • At least one of the two small gears 20 of the guide roller 12 also cooperates with the small synchronization rack 14 which the transmission member 11 comprises.
  • the transmission member 11 comprises stiffening cheeks, not shown, disposed on either side of its transmission rack of large dimension 16. It is noted that the center of gravity of the assembly constituted by the piston 4, the connecting rod 10 and the transmission member 1 must be positioned as close as possible to the pitch circle of the transmission rack of high dimension 16.
  • the guide rolling track 19 and the small-sized racks 21 placed on either side of said track are carried by a timing plate 70 fixed on the compressor casing 2.
  • At least one adjustment wedge can be inserted between the synchronization plate 70 and the compressor casing 2 making it possible to adjust the plumb with the transmission member 11 and thus limit the movement of said member with respect to the cylinder 3 of the compressor 1.
  • the toothed wheel 15 cooperates, opposite the high-dimensional transmission rack 16 of the transmission member 11, with at least one anchoring member 22 fixed to the compressor casing 2.
  • the anchoring member 22 cooperates with the toothed wheel 15 by means of at least one anchor rack of large dimension 23 and by means of at least one tread 24 placed in the vicinity of the pitch circle of said toothed rack. anchor.
  • the anchoring member 22 comprises stiffening cheeks on either side of its large dimension anchoring rack 23.
  • the toothed wheel 15 is articulated by means of an axis 26 on the base of a connecting rod 25 whose head is connected to the crank 28 of a crankshaft 27 housed in bearings arranged in the compressor housing 2.
  • the axle 26 by means of which the toothed wheel 15 is articulated on the base of the connecting rod 25 can be housed in bores arranged in said wheel on either side of a recess, said recess housing the foot of the connecting rod 25.
  • the axis 26 by means of which the toothed wheel is articulated on the base of the connecting rod 25 can be housed in bores arranged in a fork, not shown which forms the foot of the connecting rod, said wheel being housed in the hollow of said fork .
  • the toothed wheel 15 has a truncated profile defining two toothed sectors 150, 151 cooperating respectively with the high-dimensional transmission rack 16 of the transmission member 11 and the large-diameter anchoring rack 23 of the anchoring member. 22.
  • the toothed wheel 15 comprises lightening pockets 152 and unrepresented stiffening ribs.
  • the anchoring member 22 comprises an upper or lower anchoring rod 29, the end of which is fixed to the compressor casing 2 by means of either a ball joint or of a joint with two perpendicular axes of the joint type cardan shaft placed above or below said anchor.
  • the anchoring member 22 is fixed on the compressor casing 2 by means of a part 50 with two perpendicular axes offset, the first axis 51 articulating with said anchoring member 22, while the second axis 52 is articulated with the compressor casing 2.
  • the second axis 52 of the part 50 with two offset perpendicular axes comprises a stop 53 which makes it possible to adjust the vertical plumb of the anchoring member 22.
  • the stop 53 which makes it possible to adjust the vertical plumb of the anchoring member 22 is screwed into the compressor casing 2 and stopped in rotation by locking means 54.
  • the anchoring member 22 comprises adjustment means, not shown, of its vertical position relative to the compressor casing 2.
  • the tread 24 of the anchoring rack with a large dimension 23 of the anchoring member 22 is kept in contact with the tread 18 of the toothed wheel 15 by a pressurization device 60.
  • the pressurizing device 60 may consist for example of either a spring or a pressure cylinder 61 connected to a pressure accumulator.
  • FIGS. 2 and 3 show the double-acting piston compressor 1 according to the present invention mounted on an internal combustion engine 100 with a fixed compression ratio or with a variable compression ratio.
  • the compressor casing 2 may be attached to the cylinder block 110 of the internal combustion engine 100 with a fixed compression ratio or a variable compression ratio, or integrated into said cylinder block 110.
  • the cylinder heads 32, 33 and the intake ducts 7 and discharge ducts 8 of the compressor 1 form an integral part of the cylinder block 110 of the internal combustion engine 100.
  • the crankshaft 27 of the double-acting piston compressor 1 is made in the extension of the crankshaft of the internal combustion engine 100, and is an integral part of the latter.
  • the discharge ducts 8 of the double-acting piston compressor 1 are connected to the intake manifold (s) 111 of the internal combustion engine 100.
  • the intake ducts 111 or 111 of the internal combustion engine 100 may comprise a temperature exchanger for cooling the air admitted by the engine, and optionally a passivation chamber or active or passive filters to limit the amplitude of the pressure waves present in said intake duct (s).
  • inlet valves of each cylinder 120 of the internal combustion engine 100 may be provided in order to standardize the filling rate of said cylinders, said throttling devices operating together or independently of each other.
  • the compressor casing 2 comprises a cooling water circuit connected to that of the internal combustion engine 100.
  • the discharge ducts 8 of the double-acting piston compressor 1 comprise a redirection valve which places them wholly or partly in relation with a reserve of compressed air, not shown.
  • This reserve of compressed air consists for example of structural elements of the bodywork of a motor vehicle, said structural elements being rendered airtight.
  • the reserve of compressed air can be used to erase the work of the compressor 1 when a torque call is received by the internal combustion engine 100, or to supply pneumatic functions, for example on a motor vehicle, such as assistance with braking or any other service rendered to the driver and / or his passengers.
  • the supply of compressed air is connected to the intake of the internal combustion engine 100 by a large diameter duct can be opened or closed by means of a valve of large section.
  • the compressed air reserve constitutes a passivation chamber limiting the amplitude of the pressure variations induced by the double-acting piston compressor 1 and by the cylinders 120 of the internal combustion engine 100.
  • the supply of compressed air includes a compressed air intake allowing for example a motorist to inflate his tires using a hose equipped with a manometer and appropriate fittings.
  • the discharge ducts 8 of the double-acting piston compressor 1 comprise a redirection valve, not shown, which puts them wholly or partly in connection with a pressure drop box.
  • the pressure drop box makes it possible to create an additional engine brake when the heat engine 100 is used on a motor vehicle, and also to heat the catalyst of said vehicle more quickly by charging the engine with additional work which makes it possible to increase its exhaust temperature.
  • the intake ducts 7 and / or the discharge ducts 8 of the double-acting piston compressor 1 comprise at least one throttle valve 112.
  • the intake ducts 7 of the double-acting piston compressor 1 can be connected to an exhaust gas recirculation device of the heat engine 100, known per se.
  • the intake ducts 7 may comprise a cleaning liquid injector, said injector being able to periodically inject pure or additive water or any other liquid capable of cleaning the inside of the compressor 1, that is to say the valves 90, 91, the inlet ducts 7, and discharge ducts 8, the double-acting piston 4 and the cylinder 3.
  • the double-acting piston compressor 1 may comprise several stages, the double-acting pistons 4 of each cylinder 3 of the compressor 1 being then connected by an inter-piston connecting rod, so that the following double-acting piston 4 defines with its cylinder 3, its intake ducts 7 and discharge 8 and its valves 90, 91 a new compressor stage connected in series or in parallel with the previous stage.
  • the intake ducts 7 of the double-acting piston compressor 1 comprise at least one booster valve, not shown, positioned upstream and at a distance from the valve 90.
  • the intake ducts 7 of the double-acting piston compressor 1 are connected to the output of a centrifugal or rotary compressor, not shown, which is driven for example by an electric motor.
  • the centrifugal compressor can be driven by a turbine driven by the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the double-acting piston 4 of the double-acting piston compressor 1 comprises a sealing rim 41 mounted radially free between at least two flanges 42, 43 ( Figure 5).
  • the sealing rim 41 may be made for example of composite material, said material being able to accommodate the geometry of the cylinder while being used on said cylinder until it has a shape complementary to that of said cylinder so as to present a minimum operating clearance with said cylinder.
  • the sealing rim 41 of the double-acting piston 4 has relief patterns 47 which create a pressure drop on its outer cylindrical portion (FIG. 5).
  • the sealing rim 41 comprises at least one upper seal 44 and / or a lower seal 45 sealing between said rim 41 and the flanges 42, 43 between which it is mounted (FIG. 5).
  • the double-acting piston 4 of the double-acting piston compressor 1 comprises a stack of sealing washers 46, said stack being mounted radially free between at least two flanges 42, 43 ( Figure 6).
  • the sealing washers 46 of the double-acting piston 4 have relief patterns 47 which create a pressure drop on their outer cylindrical portion (FIG. 6).
  • the first and / or the last sealing washer 46 of the double-acting piston 4 includes (s) at least one seal 44, 45 sealing between said washer 46 and the flange 42, 43 with which it is in contact (FIG. 6).
  • the double-acting piston 4 of the double-acting piston compressor 1 comprises at least one dynamic seal 80 at its periphery whose distance from the cylinder 3 is slaved to the pressure prevailing in the upper or lower chamber 6, said dynamic seal 80 being able to come into contact with the cylinder 3 when sufficient pressure prevails in the chamber 5, 6 to be sealed ( Figure 7).
  • the dynamic seal 80 of the double-acting piston 4 comprises an air chamber 81 connected to one or the other of the chambers 5, 6 by at least one duct 82, said air chamber 81 being able to exert pressure on the cylindrical face internally of a constrictor ring 83 and said ring then being able to push a lip seal 84 towards the surface of the cylinder 3 to ensure contact between said lip seal 84 and said cylinder 3.
  • lip seal 84 may be replaced by an O-ring, a composite seal, or any other type of metal seal or not.
  • the constrictor ring 83 of the dynamic seal 80 is provided with a cut which comprises a stop limiting the maximum diameter of said ring.
  • the dynamic seal 80 consists of a torus 85 of flexible material housed in a groove 86 with the upper and lower faces of which it constitutes a seal, the space between the back of the groove 86 and said torus 85 or the inside said torus 85 being connected to one or the other of the chambers 5, 6 by at least one conduit 87 and said torus being able to push a lip seal 84 towards the surface of the cylinder 3 to ensure contact between said seal lip 84 and said cylinder 3 ( Figure 8).
  • the dynamic seal 80 consists of a toroidal bladder 180 of flexible material housed in a groove 181, said bladder 180 being connected to one or other of the chambers 5, 6 by at least one duct 182 so as to be able to inflate under the effect of pressure in order to come into contact with the cylinder 3 (FIG. 9).
  • the bladder 180 has in its outer periphery small holes 183 through which the pressurized air can exit, so as to constitute an air cushion avoiding the direct contact of said bladder 180 with the cylinder 3 ( Figure 9).
  • the connecting rod 10 of the double-acting piston compressor 1 cooperates with a guide device 101 positioned inside and / or below the yoke 33 which closes the lower end of the cylinder 3, said guide device 101 ensuring the radial positioning and the axial orientation of said connecting rod 10 ( Figure 4).
  • the outer cylindrical surface of the double-acting piston 4 no longer participates in the positioning or orientation of said piston.
  • the piston 4 does not come into contact with the cylinder 3, which has the effect of limiting the friction losses of the double-acting piston compressor 1 according to the invention and to avoid any risk of seizure between said piston 4 and said cylinder 3.
  • the connecting rod 10 of the double-acting piston compressor 1 is connected to the transmission member 11 by a ball joint 102 (FIG. 4).
  • the ball 102 may be replaced, for example, by a universal joint or by any other means of translational fastening providing angular freedom in the three axes x, y and z.
  • the axis 26 of the gearwheel 15 of the double-acting piston compressor 1 comprises a ball joint enabling said gear 15 to orient freely along any of the three axes of an orthonormal Cartesian marker.
  • the cylinder 3 of the double-acting piston compressor 1 comprises a temperature homogenization chamber consisting of a space between a tube in which the double-acting piston 4 evolves and an outer casing, said space containing a coolant.
  • the coolant may for example consist of oil coexisting with air or a non-oxidizing neutral gas such as nitrogen or carbon dioxide, a mixture of water and glycol, or sodium salts.
  • a non-oxidizing neutral gas such as nitrogen or carbon dioxide, a mixture of water and glycol, or sodium salts.
  • the space must - according to the invention - be sufficient to allow the coolant to perform convective movements conducive to the homogenization of the cylinder temperature over its entire height and circumference.
  • the discharge ducts 8 of the double-acting piston compressor 1 are connected to the intake manifold (s) 111 of the internal combustion engine 100 by means of a passivation device 130 consisting of a succession of at least one passivation volume 132 interconnected by at least one check valve 131 ( Figure 11).
  • the passivation device 130 finds its full usefulness when the connecting rod 25 of the double-acting piston compressor 1 according to the invention is mounted on the crankshaft of a three-cylinder engine 100 and that said compressor is used to supercharge said engine.
  • the double-acting piston compressor 1 generates four puffs of compressed air every two crankshaft revolutions, while the engine 100 admits only three during the same period of time.
  • the passivation device 130 is then used to avoid large differences in filling between the cylinders of said motor 100. It should be noted that the succession of volumes and valves may be replaced or cooperate with one or more Helmholtz resonators, known from FIG. skilled in the art.
  • the toothed wheel 15, the transmission member 11, the anchoring member 22, the guide roller 12, and the connecting rod 25 of the double-acting piston compressor 1 can be located diametrically opposite the double-acting piston. 4, the cylinder 3 and yokes 32, 33 relative to the crankshaft 27, the connecting rod 10 having a length sufficient to connect said transmission member 11 to said piston 4 despite the greater distance resulting from this configuration ( Figure 0).
  • the transmission between the double-acting piston compressor 1 and the internal combustion engine 100 is provided by rotational transmission means consisting of at least one chain and / or at least one belt and / or at least two toothed wheels.
  • the double-acting piston compressor 1 according to the present invention may be temporarily disconnected from the internal combustion engine (100) by means of a clutch placed before or after the rotational transmission means.
  • the double-acting piston compressor 1 may comprise at least one balancing shaft.
  • the double-acting piston compressor 1 may comprise at least one balancing mass 250 connected to the crankshaft 27 by at least one balancing rod 251, said balancing rod 251 being articulated around the crankshaft 27 by means of a crank 252 shifted 180 degrees relative to that on which is articulated the connecting rod 25 of the compressor.
  • the balancing mass 250 is connected to the compressor casing 110 by at least one anchor rod 253, so as to maintain a displacement approximately parallel to the axis of the cylinder 3 of the double-acting piston compressor 1.
  • the double-acting piston compressor 1 comprises at least one bypass valve 140 making it possible to connect inlet (E) and outlet (S) ducts in which the intake and discharge ducts 7 and 7 ( Figure 12).
  • the double-acting piston compressor 1 comprises at least one bypass valve 141 for connecting the discharge pipe 8 of the upper chamber 5 with the inlet duct 7 of the lower chamber 6 ( Figure 13).
  • the double-acting piston compressor 1 comprises at least one bypass valve 142 for connecting the discharge pipe 8 of the lower chamber 6 with the inlet duct 7 of the upper chamber 5 (FIG. 14).
  • the double-acting piston compressor 1 comprises at least one bypass valve 143 for connecting the discharge pipe 8 of the lower chamber 6 with the intake duct 7 of said lower chamber 6 ( Figure 16).
  • the double-acting piston compressor 1 comprises at least one bypass valve 144 for connecting the discharge pipe 8 of the upper chamber 5 with the inlet duct 7 of said upper chamber 5 ( Figure 15).
  • bypass valves 140, 141, 142, 143, 144 can add and combine with each other.
  • the double-acting piston compressor 1 comprises at least one isolation valve, not shown, for closing the intake duct 7 of the upper chamber 5 and / or the lower chamber 6.
  • the connecting rod 10 of the double-acting piston compressor 1 cooperates with a labyrinth seal, not shown, which provides a seal between the lower chamber 6 and the inlet duct 7 of said chamber 6 or between said lower chamber 6 and inside the compressor case 2.
  • the operation of the double-acting piston compressor 1 according to the present invention is as follows:
  • crankshaft 27 of the compressor 1 is rotated by a thermal or electric engine.
  • the connecting rod 25 connected to the crankpin of the crankshaft 27 then drives the toothed wheel 15 in vertical translation, said toothed wheel 15 being engaged on the one hand with the large-sized anchoring rack 23 which the anchor member 22 fixed on the compressor casing 2 and on the other hand, with the high-dimensional transmission rack 16 that the transmission member 11 comprises, said transmission member 11 itself being connected to the double-acting piston 4 by the connecting rod 10.
  • This configuration has the effect of transmitting the movement of the connecting rod 25 to the double-acting piston 4.
  • the stroke of the double-acting piston 4 is two it is longer than that of the connecting rod 25 insofar as the foot of said connecting rod is centered in the toothed wheel 15.
  • the transmission member 11 is held parallel to the cylinder 3 of the compressor 1 by the guide roller 12, the center of the latter remaining at the same height as the gear 15 by the action of the small gears 20 of said roller 12 which cooperate on the one hand with the small racks 21 placed on either side of the guide raceway 19 of the compressor housing 2, and on the other hand with the small synchronization rack 14 that comprises the transmission member 11.
  • the reciprocating movement of the double-acting piston 4 in the cylinder 3 of the compressor 1 according to the invention cyclically varies the volume of the upper and lower chambers 6 of said compressor.
  • each chamber 5, 6 sucks the gas via the intake duct (s) 7 that includes the cylinder head 32, 33 of said chamber 5, 6, then discharges said gas via the discharge duct (s). 8 also includes said cylinder head 32, 33.
  • the valve (s) 90 or admission ducts (s) 7 enter the gas in the corresponding chamber 5, 6 but prohibit the exit, while the valve (s) 91 or discharge duct (s) 8 let out gas from said corresponding chamber 5, 6 but prohibit entry.
  • the treads 17, 18, 24 that respectively comprises the transmission member 11, the toothed wheel 15, and the anchoring member 22 of the compressor 1 according to the invention maintain the desired distance between said toothed wheel 15 and said transmission members 11 and anchor 22 and allow the teeth that comprise said gear 15 and said transmission members 11 and anchor 22, to operate according to the desired game.
  • the anchoring member 22 assumes the same orientation as that of the toothed wheel 15 by virtue of the ball joint or cardan joint or the part 50 with two perpendicular offset axes which holds said anchor member 22 in place in the housing compressor 2, these devices for said anchor member 22 to rotate, but not to move in translation.
  • the treads 17, 18, 24 that respectively comprises the transmission member 11, the toothed wheel 15 and the anchoring member 22 are further held in contact by a pressurizing device 60 which pushes on the face external of said anchoring member 22, so that the compressor 1 according to the invention remains silent during operation.
  • the delivery ducts 8 of said compressor 1 discharge the air into the intake duct (s) 111 of the engine. 100.
  • the air flow at the inlet of the compressor 1 is controlled by a throttle valve 112, while the air temperature at the outlet of the compressor is reduced by means of a heat exchanger .

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Abstract

Le compresseur à piston à double effet (1) suivant la présente invention comprend au moins un cylindre (3) dans lequel évolue un piston à double effet (4), ledit cylindre (3) et ledit piston (4) définissant 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), et chaque conduit comportant au moins un clapet (90, 91 ), et une tige de liaison (10) reliant le piston à double effet (4) à un organe de transmission (11) coopérant d'une part avec un rouleau de guidage (12) et d'autre part avec une roue dentée (15), au moins un organe d'ancrage (22) coopérant avec la roue dentée (15), une bielle (25) sur laquelle est articulée la roue dentée (15) au moyen d'un axe (26) ladite bielle (25) étant reliée à la manivelle (28) d'un vilebrequin (27) logé dans des paliers aménagés dans le carter de compresseur (2).

Description

COMPRESSEUR A PISTON A DOUBLE EFFET GUIDÉ PAR UN ROULEAU ET ENTRAINE PAR UNE ROUE DENTEE ET DES CRÉMAILLÈRES 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. 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 plénum 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. 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. 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 ; • 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 ;
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. 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. 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'allégement 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. 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. 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. 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.
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 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. 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 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. 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. 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. 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. 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 1 devra se trouver positionné au plus proche possible du cercle primitif de la crémaillère de transmission de forte dimension 16.
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 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 roué 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. La roue dentée 15 comporte des poches d'allégement 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. 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. 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. 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 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 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 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 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 antiretour 131 (Figure 11 ). 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 0).
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). 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 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. 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. II 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.

Claims

REVENDICATIONS
Compresseur à piston à double effet guidé par un rouleau (12) et entraîné par une roue dentée (15) et des crémaillères (16, 23), caractérisé en ce qu'il comprend :
• Au moins un cylindre (3) dans lequel évolue un piston à double effet (4), ledit cylindre (3) étant porté par un carter de compresseur (2) et chacune de ses extrémités étant fermée par une culasse (32, 33), ledit cylindre (3) et ledit piston (4) définissant 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), et chaque conduit comportant au moins un clapet (90, 91 ) ;
• Une tige de liaison (10) qui relie le piston à double effet (4) à un organe de transmission ( ), ledit organe de transmission (11 ) coopérant 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) ;
• Au moins une bande de roulement (18) fixée ou aménagée sur la roue dentée (15), ladite bande de roulement ( 8) étant placée au voisinage du cercle primitif de ladite roue dentée ;
• Au moins une piste de roulement de guidage (19) fixée sur le carter de compresseur (2) à hauteur de la roue dentée (15) et sur laquelle roule le rouleau de guidage (12) ;
• Au moins deux petites roues dentées (20) placées respectivement aux deux extrémités du rouleau de guidage (12) et 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 des deux petites roues dentées (20) au moins coopérant également avec la crémaillère de synchronisation de petite dimension (14) que comporte l'organe de transmission ( 1 ) ;
• Au moins un organe d'ancrage (22) fixé sur le carter de compresseur (2), ledit organe d'ancrage (22) coopérant 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 de forte dimension (23) ;
Une bielle (25) sur le pied de laquelle est articulée la roue dentée (15) au moyen d'un axe (26) et dont la tête est reliée à la manivelle (28) d'un vilebrequin (27) logé dans des paliers aménagés dans le carter de compresseur (2).
2. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que 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.
3. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le piston à double effet (4) possède au moins un segment ou un joint qui assure son étanchéité avec le cylindre (3).
4. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le piston à double effet (4) possède des motifs en relief qui créent une perte de charge sur la partie cylindrique dudit piston.
5. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la surface intérieure (30) du cylindre (3) comporte des motifs en relief qui créent une perte de charge. 6. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le piston à double effet (4) est fixé à l'extrémité de la tige de liaison ( 0) au moyen d'une liaison rotule.
7. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la tige de liaison (10) possède au moins un segment ou un joint qui assure son étanchéité avec la culasse (33) de la chambre inférieure (6) du compresseur (1 ).
8. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la tige de liaison (10) possède au moins un segment ou un joint qui assure son étanchéité avec le carter de compresseur (2).
9. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que 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). 0. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe d'ancrage (22) est fixé sur le carter de compresseur (2) au moyen d'une liaison rotule.
11. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la liaison rotule est placée au-dessus ou au-dessous de l'organe d'ancrage (22). 12. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe d'ancrage (22) comporte des joues de rigidification de part et d'autre de sa crémaillère d'ancrage de forte dimension (23).
13. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe d'ancrage (22) est fixé sur le carter de compresseur (2) au moyen d'une liaison à deux axes perpendiculaires de type joint de cardan. 14. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe d'ancrage (22) est fixé sur le carter de compresseur 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).
15. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 14, caractérisé en ce que 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).
16. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 15, caractérisé en ce que 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 est arrêtée en rotation par des moyens de blocage (54).
17. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe d'ancrage (22) comporte des moyens de réglage de sa position verticale par rapport au carter de compresseur (2). 18. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la bande de roulement (24) 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). 19. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif de maintien en pression (60) est constitué d'un ressort.
20. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif de maintien en pression (60) est constitué d'un vérin presseur (61 ) relié à un accumulateur de pression.
21. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la roue dentée (15) possède un profil tronqué définissant deux secteurs dentés (150,151 ).
22. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la roue dentée (15) comporte des poches d'allégement (152) et des nervures de rigidification. 23. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'axe (26) au moyen duquel la roue dentée (15) est articulée sur le pied de la bielle (25) est logé dans des alésages aménagés dans ladite roue dentée (15) de part et d'autre d'un évidement, ledit évidement logeant le pied de la bielle.
24. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'axe (26) au moyen duquel la roue dentée (15) est articulée sur le pied de la bielle (25) est logé dans des alésages aménagés dans une fourche qui forme le pied de la bielle, ladite roue dentée (15) étant logée dans le creux de ladite fourche.
25. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'organe de transmission (11 ) comporte des joues de rigidification de part et d'autre de sa crémaillère de transmission de forte dimension (16).
26. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que 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).
27. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 26, caractérisé en ce qu'au moins une cale de réglage est intercalée entre la platine de synchronisation (70) et le carter de compresseur (2).
28. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit compresseur à piston à double effet (1 ) est monté sur un moteur à combustion interne (100) à taux de compression fixe ou à taux de compression variable.
29. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que le vilebrequin (27) du compresseur (1) est réalisé dans le prolongement du vilebrequin d'un moteur à combustion interne (100), et fait partie intégrante de ce dernier.
30. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que les conduits de refoulement (8) du compresseur (1 ) sont reliés au(x) conduit(s) d'admission (111 ) du moteur à combustion interne (100). 31. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que le carter de compresseur (2) du compresseur (1) est rapporté sur le carter cylindre (110) du moteur à combustion interne (100).
32. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que le carter de compresseur (2) du compresseur (1 ) fait partie intégrante du carter cylindre (110) du moteur à combustion interne (100).
33. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce 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).
34. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce 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 du carter cylindre (110) du moteur à combustion interne (100).
35. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que le carter de compresseur (2) du compresseur (1 ) comporte un circuit d'eau de refroidissement connecté à celui du moteur à combustion interne (100).
36. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que les conduits de refoulement (8) du compresseur (1 ) comportent une vanne de redirection qui les met en tout ou partie en relation avec une réserve d'air comprimé.
37. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 36, caractérisé en ce que la réserve d'air comprimé est constituée d'éléments de structure de la carrosserie d'un véhicule automobile, lesdits éléments de structures étant rendus étanche à l'air.
38. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 36, caractérisé en ce que 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.
39. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 36, caractérisé en ce que la réserve d'air comprimé comporte une prise d'air comprimé.
40. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que les conduits de refoulement (8) du compresseur (1) comportent une vanne de redirection qui les met en tout ou partie en relation avec un boîtier de perte de charge.
41. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que les conduits d'admission (7) du compresseur (1 ) comportent au moins un papillon de vannage (112).
42. Compresseur à piston à double effet la revendication 28, caractérisé en ce que les conduits de refoulement (8) du compresseur (1 ) comportent au moins un papillon de vannage. 43. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que les clapets (90, 91) comportent un limiteur et/ou un amortisseur de chocs.
44. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 43, caractérisé en ce que le limiteur et/ou l'amortisseur de chocs est une liaison élastique entre le corps du clapet (90, 91 ) et la portée du clapet sur son siège.
45. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que les pistons à double effet (4) de chaque cylindre (3) du compresseur (1 ) sont reliés par une tige de liaison inter pistons, le piston à double effet (4) suivant définissant 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.
46. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que les conduits d'admission (7) du compresseur (1 ) comportent au moins un clapet de gavage positionné en amont et à une certaine distance du clapet (90).
47. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que les conduits d'admission (7) du compresseur (1 ) sont reliés à la sortie d'un compresseur centrifuge ou rotatif. 48. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 47, caractérisé en ce que le compresseur centrifuge est entraîné par un moteur électrique.
49. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 47, caractérisé en ce que le compresseur centrifuge est entraîné par une turbine entraînée par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
50. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le piston à double effet (4) comporte une jante d'étanchéité (41 ) montée radialement libre entre au moins deux flasques (42, 43).
51. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 50, caractérisé en ce que la jante d'étanchéité (41 ) possède des motifs en relief (47) qui créent une perte de charge sur sa partie cylindrique externe. 52. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 50, caractérisé en ce que 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. 53. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le piston à double effet (4) comporte un empilement de rondelles d'étanchéité (46), ledit empilement étant monté radialement libre entre au moins deux flasques (42, 43). 54. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 53, caractérisé en ce que les rondelles d'étanchéité (46) possèdent des motifs en relief (47) qui créent une perte de charge sur leur partie cylindrique externe.
55. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 53, caractérisé en ce que la première et/ou la dernière rondelle d'étanchéité (46) 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.
56. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le piston à double effet (4) 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.
57. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 56, caractérisé en ce que le joint dynamique (80) 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).
58. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 57, caractérisé en ce que l'anneau constricteur (83) est muni d'une coupe qui comporte une butée limitant le diamètre maximal dudit anneau. 59. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 56, caractérisé en ce que 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 à 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).
60. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 56, caractérisé en ce que 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 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).
61. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 60, caractérisé en ce que la vessie (180) comporte en sa périphérie extérieure des petits trous (183) par 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).
62. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la tige de liaison (10) coopère avec un dispositif de guidage (101 ) positionné à l'intérieur et/ou en dessous de la culasse (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).
63. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la tige de liaison (10) est reliée à l'organe de transmission (11 ) par une liaison à rotule (102).
64. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'axe (26) comporte une rotule permettant à la roue dentée (15) de s'orienter librement suivant n'importe lequel des 3 axes d'un repère cartésien orthonormé.
65. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le cylindre (3) 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.
66. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 30, caractérisé en ce que les conduits de refoulement (8) du compresseur (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'au moins un volume de passivation (132) comprenant au moins un clapet anti-retour (131 ).
67. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la roue dentée (15), l'organe de transmission (11 ), l'organe d'ancrage (22), le rouleau de guidage (12), et la bielle (25) 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), 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.
68. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 28, caractérisé en ce que 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.
69. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 68, caractérisé en ce qu'il 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.
70. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte au moins un arbre d'équilibrage. 71. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte 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.
72. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 71 , caractérisé en ce que la masse d'équilibrage (250) est reliée au carter (1 0) 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 (1 ).
73. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il 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).
74. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il 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).
75. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il 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).
76. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il 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 dite chambre inférieure (6).
77. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il 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).
78. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte au moins une vanne d'isolement permettant de fermer le conduit d'admission (7) de la chambre supérieure (5) et/ou de la chambre inférieure (6).
79. Compresseur à piston à double effet suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la tige de liaison (10) coopère avec un joint à labyrinthe 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).
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