FR2721071A1 - Compresseur à soupape d'aspiration, augmentant le débit effectif de la soupape, réduisant la chute de pression et le volume restant au point mort haut du cylindre. - Google Patents

Abstract

a) Compresseur à soupape d'aspiration, augmentant le débit effectif de la soupape, réduisant la chute de pression et le volume restant au point mort haut du cylindre, b) compresseur (10) caractérisé par: un carter (12); un bloc de cylindres (46) comportant chacun un alésage (56, 58), ce bloc de cylindres étant disposé à l'intérieur du carter; un ensemble de culasse (160) définissant un orifice de décharge, cet ensemble de culasse étant fixé sur les alésages de cylindres; une soupape de décharge (142) montée sur l'ensemble de culasse au-dessus de l'orifice de décharge; un piston (96, 98) disposé à l'intérieur de chaque alésage pour aller et venir dans celui-ci; un mécanisme d'entraînement (32) pour faire aller et venir chaque piston à l'intérieur de son alésage.

Description

" Compresseur à soupape d'aspiration, augmentant le débit effectif de la

soupape, réduisant la chute de pression et le volume restant au point mort haut du cylindre "

La présente invention concerne d'une façon géné-

rale un compresseur hermétique et, plus particulièrement, un compresseur à pistons alternatifs contenant chacun un

ensemble de soupape d'aspiration.

En général, les compresseurs hermétiques compren-

nent un carter hermétiquement étanche dans lequel est monté un mécanisme de compresseur. Le mécanisme de compresseur

peut comprendre un carter ou un bloc de cylindres définis-

sant une chambre de compression dans laquelle du réfrigé-

rant gazeux est comprimé puis ensuite déchargé (détendu).

Un inconvénient des formes de compresseur de l'art antérieur est qu'on laisse toujours un certain volume dans le cylindre lorsque le piston est dans sa position de point mort haut. Ce volume de gaz est comprimé et redilaté de manière répétitive pendant le mouvement de va-et- vient du piston. Le volume de réexpansion provoque une perte de

rendement en énergie d'un compresseur.

Dans les compresseurs selon l'art antérieur uti-

lisant des formes de piston à soupape intégrée, décrits par exemple dans le brevet U.S. No. 2 117 601 et dans le brevet

U.S. 4 834 632, la soupape d'aspiration est montée au voi-

sinage de la surface supérieure de la tête de piston, et peut aller et venir axialement dans l'espace limité par la surface supérieure du piston et l'élément de maintien de soupape. La rondelle d'espacement séparée, placée dans le

même espace limité, guide le mouvement de la soupape et dé-

finit l'amplitude de soulèvement possible de la soupape.

Une tête de vis ou une rondelle en recouvrement retiennent

le mouvement de la soupape de type annulaire et, simultané-

ment, bloquent la rondelle d'espacement entre la tête de vis et la surface supérieure de la tête de piston. Du fait que la rondelle d'espacement est légèrement plus épaisse que la soupape, cette soupape peut effectuer un mouvement

axial limité au-dessous de la tête de vis.

Du fait de la position de la soupape d'aspiration au-dessus de la surface du sommet du piston dans la forme

de réalisation de piston à soupape intégrée de l'art anté-

rieur, un espace a été prévu dans la plaque à soupape pour

recevoir la soupape et ses éléments de guidage et de main-

tien. Cela augmente le volume de jeu, complique le montage du système de soupapes, et augmente le coût de fabrication

du compresseur.

La mise en place de l'élément de maintien circu-

laire au voisinage de la partie centrale de la soupape, tandis que les forces dynamiques du gaz sont appliquées à la partie périphérique de la soupape annulaire, localise

les forces agissant en son centre et augmente considérable-

ment le moment d'inertie polaire de la soupape. Lorsque la soupape vient frapper l'élément de maintien, une contrainte

relativement importante est appliquée à l'élément de main-

tien et cette contrainte peut provoquer des dommages du fait des forces concentrées dans la partie centrale et/ou du fait de l'accumulation d'usure par suite de collisions

répétées des différentes pièces.

L'utilisation de soupapes de type annulaire réa-

lisées en acier, est courante dans les compresseurs de l'art antérieur. La capacité de l'acier de ces soupapes à résister aux contraintes créées par une courbure répétée (contrainte de flexion) et par les contraintes de chocs provoquées par les collisions de la soupape avec le siège/butée, est l'une des propriétés essentielles de l'acier à soupape de l'art antérieur. Comme indiqué dans de nombreuses études, un matériau à soupape présentant des ca- ractéristiques d'amortissement plus élevées doit absorber

plus efficacement les pointes de contrainte induites, mini-

miser la détérioration de la soupape, et réduire la généra-

tion de bruit produite par ces impacts.

De plus, les passages de gaz des soupapes d'aspi-

ration de l'art antérieur ne comprennent normalement qu'un

seul passage de gaz extérieur. Lorsqu'on limite les soupa-

pes à un seul passage de gaz extérieur, il se produit un

étranglement qui réduit le rendement du compresseur.

Un disque de soupape en matière plastique est

connu d'après les brevets U.S. No. 4 955 796 et 5 106 278.

Cette soupape en matière plastique a été montée sur le som-

met du piston pour produire un mouvement de flottement axial limité suffisant pour fermer ou ouvrir les passages

de gaz situés au sommet du piston. Une telle forme de réa-

lisation de la soupape en matière plastique réduit à un certain point la contrainte de flexion de la soupape, mais

comprend toujours une source de contrainte de choc concen-

trée du fait de la position centrale des moyens de main-

tien. Un autre inconvénient d'un tel disque de soupape en

matière plastique, est l'utilisation du couvercle de pon-

tage dans la partie centrale de la soupape, qui est fixé au corps de disque par des vis et une soudure plastique. On remarquera que l'excès de flexion de la matière plastique pose en soi un problème. La partie de pontage centrale en matière plastique nécessite un certain type de renforcement du fait de la tendance de la plaque mince, suspendue par un bord, à se gauchir ou à se gondoler sous l'influence des

variations de la pression de gaz.

Un but de l'invention proposée est de créer un système de soupape d'aspiration fiable présentant une forme

perfectionnée pour les passages de gaz, de manière à aug-

menter la surface de débit effectif de la soupape et à mi-

nimiser la chute de pression et le volume de jeu du

cylindre. La présente invention réduit également la forma-

tion de turbulences, diminue le bruit produit par le sys-

tème de soupapes et est bon marché à fabriquer.

La présente invention remédie aux problèmes indi-

qués ci-dessus, liés aux compresseurs de l'art antérieur, en créant un ensemble de soupape d'aspiration qui présente une surface de débit de soupape efficace, ainsi qu'une chute de pression et un volume de réexpansion minimum du cylindre.

D'une façon générale, l'invention utilise un pis-

ton alternatif à l'intérieur d'un bloc de cylindre. Sur le piston sont montés une soupape d'aspiration et un ensemble de piston. Le piston comprend une tête munie d'une rainure annulaire profonde en forme de demi-tore, qui définit à sa

partie inférieure une cavité de soupape d'aspiration com-

portant une pluralité d'ouvertures permettant la communica-

tion de fluide à travers l'orifice d'aspiration, entre

l'avant et l'arrière du piston.

Une partie centrale en saillie dans la cavité de soupape formée par la surface intérieure de la rainure en demi-tore, comprend une ouverture centrale pour recevoir un

moyen de maintien tel qu'un boulon de blocage fileté allon-

gé présentant une tête spécialement formée. La tête spécia-

lement formée du boulon de blocage est utilisée comme élément de maintien de soupape d'aspiration. La tête plate du boulon de blocage fait partie intégrante du boulon, avec

une pluralité de doigts partant radialement de celui-ci.

Les parois latérales de la rainure annulaire for-

ment un siège pour la soupape en forme de demi-tore. La surface courbe de la soupape d'aspiration pleine, tournée

vers l'intérieur du piston, a les mêmes dimensions géomé-

triques que la rainure annulaire de la tête de piston. Pen-

dant l'ouverture, la soupape pleine, à sa position

d'ouverture finale, vient frapper contre les extrémités li-

bres des doigts du boulon de blocage. A ce moment, les doigts du boulon de blocage se comportent chacun comme une

lame de ressort en porte-à-faux. Les forces de choc produi-

tes pendant la collision de la soupape contre l'élément de maintien, sont réparties le long d'une partie d'ouverture plate de la soupape, à l'inverse de la partie centrale

comme c'était précédemment le cas dans l'art antérieur.

Un avantage du compresseur alternatif de la pré-

sente invention est que le nouvel ensemble de soupape d'as-

piration délocalise les moyens de maintien centré de ressort de l'ensemble de soupape et piston, en réduisant ainsi les contraintes localisées sur l'élément de soupape

et en conduisant à une plus longue durée de vie de la sou-

pape. Un autre avantage du compresseur alternatif de la présente invention est que les doigts en saillie sur les

moyens de maintien forment des lames en porte-à-faux struc-

turellement solides qui allongent la durée de vie de l'élé-

ment de maintien de soupape. La formation de ces doigts en saillie conduit à une structure stable qui répartit les

forces de chocs pendant l'ouverture de la soupape.

Un autre avantage encore du compresseur alterna-

tif de la présente invention est que la nouvelle soupape

d'aspiration pleine a toute sa surface arrière qui est ex-

posée dès l'ouverture. En maximisant la surface exposée à la pression d'aspiration au moment de l'ouverture de la soupape, on augmente l'accélération de la soupape pendant l'ouverture de celle-ci. L'augmentation de l'accélération

de la soupape augmente les performances du compresseur.

L'invention, sous une forme de réalisation de celle-ci, fournit un compresseur alternatif comprenant un carter hermétiquement étanche dans lequel est disposé un

bloc de cylindres à alésages. Un ensemble de culasse défi-

nissant un orifice de décharge est monté sur chaque alésage

de cylindre avec une soupape de décharge montée sur l'en-

semble de culasse au-dessus de l'orifice de décharge. Un

piston est disposé à l'intérieur de l'alésage pour effec-

tuer un mouvement alternatif, le piston comprenant une sur-

face avant munie d'une dépression annulaire, une surface

arrière et un orifice d'aspiration passant à travers celui-

ci de l'arrière vers l'avant. L'orifice d'aspiration est essentiellement à la pression d'aspiration. Un mécanisme d'entraînement est utilisé pour faire aller et venir le

piston à l'intérieur de l'alésage afin de comprimer le ré-

frigérant. Une soupape d'aspiration est reliée en glisse-

ment au piston au-dessus de l'orifice d'aspiration, sur la surface avant du piston. La soupape d'aspiration comprend

une surface supérieure et une surface inférieure, la sur-

face inférieure étant en forme de tore, de façon que, pen-

dant l'ouverture de la soupape, la surface inférieure soit

aussitôt complètement exposée à la pression d'aspiration.

Dans une forme de réalisation de l'invention, la surface de piston avant comprend une rainure annulaire en forme de demi-tore dans laquelle la soupape d'aspiration se

ferme de manière étanche. La rainure annulaire est en com-

munication avec l'orifice d'aspiration du piston.

L'invention, dans une autre forme de celle-ci, fournit un compresseur comprenant un bloc de cylindre muni

d'un alésage, tous deux disposés à l'intérieur d'un carter.

Un ensemble de culasse définissant un orifice de décharge muni d'une soupape de décharge associée, est fixé sur l'alésage de cylindre. Un piston alternatif est monté à l'intérieur de l'alésage et relié à un moyen d'entraînement pour faire aller et venir le piston. Le piston comprend une surface avant et une surface arrière à travers laquelle passe un orifice d'aspiration. L'orifice d'aspiration est essentiellement à la pression d'aspiration. Un boulon de blocage est fixé au piston et comprend au moins un doigt radial, avec une soupape d'aspiration pouvant glisser sur

le boulon de blocage pour venir dans une position d'ouver-

ture et une position de fermeture de façon que la soupape

d'aspiration puisse assurer l'étanchéité de l'orifice d'as-

piration lorsqu'elle se trouve dans sa position de ferme-

ture. Le doigt radial du boulon de blocage est en contact avec la surface supérieure lorsque la soupape d'aspiration se trouve dans une position d'ouverture, de façon que le

doigt radial réduise la contrainte d'ouverture sur la sou-

pape d'aspiration. Dans une forme de réalisation de l'in-

vention, la soupape d'aspiration comprend un creux sur sa surface supérieure, de façon que le doigt radial vienne se loger dans ce creux lorsque la soupape d'aspiration se trouve dans sa position complètement ouverte. Cette soupape

d'aspiration est réalisée dans un matériau polymère.

D'autres améliorations sont caractérisées en ce que:

- la rainure communique avec l'orifice d'aspira-

tion par une pluralité d'ouvertures, - chaque piston comprend une partie centrale en saillie sur la surface avant, cette partie centrale en

saillie s'engageant contre la soupape d'aspiration, de fa-

çon que cette partie centrale en saillie évite un blocage et un coincement de la soupape d'aspiration, - le doigt, pendant le contact avec la soupape d'aspiration, positionne le foyer des forces d'ouverture pour l'écarter du centre de la soupape d'aspiration, - le boulon de blocage comprend une pluralité des doigts, - le boulon de blocage comprend une pluralité de doigts, et en ce que la soupape d'aspiration comprend une pluralité de cavités, chaque doigt pouvant venir se loger

dans une cavité correspondante.

La présente invention sera décrite ci-après de

manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re-

présentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur incorporant la présente invention; - la figure 2 est une vue partielle, en coupe et agrandie, de l'ensemble de piston de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus de la soupape d'aspiration de la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe de la soupape

d'aspiration de la figure 3, la coupe étant effectuée sui-

vant la ligne 4-4 de la figure 3 et vue dans la direction des flèches; la figure 5 est une vue en élévation du boulon de blocage de la présente invention; et - la figure 6 est une vue de dessus de la tête du

boulon de blocage de la figure 5.

Des références correspondantes indiquent les par-

ties correspondantes dans toutes les différentes vues. Les

exemples présentés ici illustrent des réalisations préfé-

rées de l'invention, sous une forme de celle-ci, et ces exemples ne doivent pas être considérés comme limitant

d'une manière quelconque la portée de l'invention.

Dans un exemple de réalisation de l'invention re-

présenté sur les dessins, et en se référant en particulier

à la figure 1, celle-ci représente un ensemble de compres-

seur 10 comportant un carter désigné d'une façon générale

par la référence 12. Le carter comporte une partie supé-

rieure 14 et un partie inférieure 18. Les deux parties du carter sont fixées hermétiquement l'une à l'autre, par

exemple par soudure ou par brasure. Une collerette de mon-

ture 20 est soudée à la partie inférieure 18 pour monter le

compresseur dans une position debout verticalement. A l'in-

térieur du carter hermétiquement étanche 12 se trouve un

moteur électrique désigné d'une façon générale par la réfé-

rence 22 et comportant un stator 24 ainsi qu'un rotor 26.

Le stator 24 est muni d'enroulements 28. Le rotor 26 est

percé d'une ouverture centrale 30 dans laquelle un vilebre-

quin 32 est fixé par un emboîtement en force. Une boîte à bornes (non représentée) est prévue dans la partie infé- rieure 18 du carter 12 pour brancher le compresseur à une

source de puissance électrique.

L'ensemble de compresseur 10 comprend également un carter d'huile 36 placé dans la partie inférieure 18. Un tube de prélèvement d'huile centrifuge 40 est emboîté à la presse dans un contre-trou 42 à l'extrémité du vilebrequin 32. Le tube de prélèvement d'huile 40 est de construction

conventionnelle et comprend une palette verticale (non re-

présentée) enfermée dans celui-ci.

A l'intérieur du carter 12 est également logé, dans la forme de réalisation représentée à la figure 1, un

mécanisme de compresseur à tête de bielle à coulisse dési-

gné d'une façon générale par la référence 44. Une descrip-

tion complète d'une forme de compresseur à tête de bielle à coulisse de base, est donnée dans le brevet U.S. 4 838 769 cédé au mandataire de la présente invention et incorporé

expressément ici à titre de référence.

Le mécanisme de compresseur 44 comprend un carter ou bloc de cylindres 46 comprenant une pluralités de pattes de monture 48 auxquelles le stator 24 du moteur est fixé de façon qu'il existe un intervalle d'air annulaire 50 entre

le stator 24 et le rotor 26. Le carter 46 comprend égale-

ment une collerette de monture circonférentielle 52 suppor-

tée axialement à l'intérieur d'un rebord annulaire 54 dans la partie centrale 16 du carter. La partie inférieure du carter 46 et la collerette de monture 52 servent à diviser l'intérieur du carter 12 en une chambre supérieure dans laquelle est monté le mécanisme de compresseur 44, et une

chambre inférieure dans laquelle est disposé le moteur 22.

Un passage 236 traverse la collerette 52 pour assurer la communication entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du carter 12, afin de permettre le retour de l'huile de lubrification et l'égalisation de la pression de

décharge dans tout l'intérieur du carter.

Le mécanisme de compresseur 44, comme illustré dans la forme préférée de réalisation, se présente sous la forme d'un compresseur à tête de bielle à coulisse et à

pistons alternatifs. Plus précisément, le carter 46 com-

prend quatre cylindres disposés radialement, dont deux sont

représentés à la figure 1 et appelés cylindre 56 et cylin-

dre 58. Les quatre cylindres disposés radialement débou-

chent et sont en communication avec une cavité d'aspiration centrale 60 définie par la paroi cylindrique intérieure 62 du carter 46. Un trouguide relativement grand 64 est formé

dans la surface supérieure 66 du carter 46. Les divers élé-

ments du compresseur, comprenant le vilebrequin, sont mon-

tés en passant par le trou-guide 64. Un couvercle supérieur

tel qu'un palier à cage 68 est monté sur la surface supé-

rieure du carter 46 au moyen d'une pluralité de boulons 70

passant à travers le palier 68 pour pénétrer dans la sur-

face supérieure 66. Lorsque le palier 68 est monté sur le carter 46, un joint torique d'étanchéité 72 isole la cavité

d'aspiration 60 d'un espace de pression de décharge 74 dé-

fini par l'intérieur du carter 12.

Le vilebrequin 32 est monté en rotation dans le

carter 46 et traverse une cavité d'aspiration 60. Le vile-

brequin 32 comprend une partie de contrepoids 90 et une

partie d'excentrique 92 placées dans des positions mutuel-

lement opposées par rapport à l'axe central de rotation du vilebrequin 32, pour s'équilibrer ainsi l'une l'autre. Le poids du vilebrequin 32 et du rotor 26 est supporté par une

surface de butée 93 du carter 46.

La partie d'excentrique 92 est couplée en fonc-

tionnement, par un mécanisme de tête de bielle à coulisse

94, à une pluralité d'ensembles de pistons alternatifs cor-

respondant aux quatre cylindres disposés radialement dans

le carter 46, et montés en fonctionnement dans ceux-ci.

Comme illustré à la figure 1, les ensembles de pistons 96

et 98, représentatifs des quatre ensembles de pistons dis-

posés radialement pour fonctionner dans l'ensemble de com- presseur 10, sont associés respectivement aux alésages de

cylindres 56 et 58.

Le mécanisme de tête de bielle à coulisse 94 com-

porte un bloc glissant 100 comprenant un alésage cylindri-

que 102 dans lequel la partie d'excentrique 92 est montée en rotation. Le mécanisme de tête de bielle à coulisse 94 comprend également une paire d'éléments d'attelage 104 et

106 qui coopèrent avec le bloc glissant 100 pour transfor-

mer le mouvement orbital de la partie d'excentrique 92, en un mouvement alternatif des quatre ensembles de pistons disposés radialement. Par exemple, la figure 1 représente l'élément d'attelage 106 couplé aux ensembles de pistons 96

et 98 de la présente invention de façon que, lorsque l'en-

semble de piston 96 se trouve dans sa position de point

mort bas, l'ensemble de piston 98 se trouve dans sa posi-

tion de point mort haut.

Un contrepoids 190 est fixé au sommet de l'arbre

32 par un boulon de monture décentré 192. Un trou 194 ex-

trudé dans le contrepoids 190 est aligné avec le passage d'huile axial 174 qui débouche au sommet du vilebrequin 32, de manière à fournir une sortie à l'huile pompée dans le

carter d'huile 36.

En se référant de nouveau aux ensembles de pis-

tons 96 et 98 de la présente invention, chaque ensemble de piston comprend un élément de piston 108 destiné à aller et venir à l'intérieur d'un alésage de cylindre pour comprimer dans celui-ci du réfrigérant gazeux. L'élément de piston

108 comprend un segment de piston annulaire 110 dans sa pa-

roi extérieure 111. Des orifices d'aspiration 112 traver-

sant l'élément de piston 108 en allant de sa surface avant 118 à sa surface arrière 119, permettent au gaz aspiré dans la cavité d'aspiration 60 de pénétrer dans le cylindre 56

du côté compression du piston 108.

Un ensemble de soupape d'aspiration 113 est asso-

cié à chaque ensemble de piston et sera maintenant décrit en se référant à l'ensemble de piston 96 représenté à la

figure 2.

L'élément de piston 108 comprend, dans la surface

avant 118, une rainure annulaire profonde en forme de demi-

tore 114 qui est en communication avec les orifices d'aspi-

ration 112. Une partie conique centrale en saillie 115, formée par la surface intérieure de la rainure annulaire

114, comprend une ouverture centrale 116 destinée à rece-

voir un boulon de blocage fileté allongé 120. Le boulon de blocage 120 comprend une tête spécialement formée 122 qui

sert d'élément de maintien de soupape.

Les parois latérales courbes de la rainure annu-

laire 114 forment un siège pour une soupape pleine en forme de demi-tore 124. Une ouverture de passage 127 est placée au centre de la soupape 124. Comme on peut mieux le voir à la figure 4, la surface courbe 126 de la soupape 124 vient en face du piston 108 et présente de préférence les mêmes

dimensions géométriques que la rainure ou dépression annu-

laire en forme de demi-tore 114. Le côté opposé de la sou-

pape 124 comprend une surface annulaire essentiellement

plate 128 qui est essentiellement coplanaire avec la sur-

* face avant de piston 118 pendant la course de compression de l'élément de piston 108. La surface courbe 126 de la soupape d'aspiration 124 est pratiquement aussitôt exposée

à la pression différentielle pendant l'ouverture de la sou-

pape. On remarquera que la forme courbe de la surface de soupape exposée présente une plus grande surface que toute

surface plate de soupape selon l'art antérieur de mêmes di-

mensions recouvrant l'orifice d'aspiration 112. Cette con-

sidération maximise l'exposition de la surface effective de soupape d'aspiration au débit du réfrigérant forçant un soulèvement de la soupape et accélérant l'ouverture de la

soupape, ce qui est favorable pour les performances du com-

presseur. Comme représenté à la figure 4, la surface courbe 126 présente une section transversale courbe tournée vers

la surface de siège de la rainure annulaire 114 qui pré-

sente également une section transversale courbe. En formant

les passages de la manière décrite ci-dessus, en combinai-

son avec le choix des rayons des bords d'entrée et de sor-

tie de l'orifice et de la soupape pour minimiser la chute de pression à travers la soupape, on crée les conditions permettant de diriger le débit de gaz plus doucement sans virages brusques. Cela permet l'écoulement du gaz à la fois

à travers l'ouverture 127 et autour de la circonférence ex-

térieure de la surface courbe 126 pendant l'ouverture de la soupape. Le rendement du compresseur est amélioré tandis que le battement de la soupape est réduit. Le battement de

la soupape est un mécanisme générateur de bruits de claque-

ments intermittents à l'intérieur du compresseur. De plus,

la rainure annulaire 114 fonctionne comme un guide de sou-

pape qui est essentiellement en forme de tronc de cône pour

éviter le blocage ou le coincement de la soupape 124.

Lorsque la soupape d'aspiration 124 est déplacée axialement pendant le fonctionnement du compresseur, son déplacement axial est défini par un élément de maintien de soupape constitué par la tête de forme plate 122 du boulon de blocage 120. Comme représenté aux figures 5 et 6, la tête mise en forme 122 est plate et fait partie intégrante

du boulon 120, avec une pluralité de doigts 130 partant ra-

dialement de celui-ci. La tête mise en forme 122 comprend en outre un trou-guide 132 pour former un emplacement de fixation d'une clé hexagonale, de façon qu'on puisse visser le boulon de blocage 120 dans un élément d'attelage 104 ou

106 par le filetage 134.

La surface annulaire plate 128 de la soupape 124 comprend des parties en creux 136. Pendant le montage du piston, la partie d'extrémité de chaque doigt 130 vient se loger dans sa partie en creux correspondante 136 formée dans la surface annulaire plate 128. Pendant l'ouverture,

la soupape 124 se trouvant dans sa position d'ouverture fi-

nale vient frapper les extrémités libres des doigts 130.

Chaque doigt 130 se comporte à ce moment comme une lame de

ressort en porte-à-faux dans des conditions limites d'ex-

trémité libre bloquée et de charge appliquée à l'extrémité libre. Comme cela est bien connu de la technique, des variations infinies de formes et de tailles de ressorts de type à lame en porte-à-faux, sont possibles. La plupart des lames à section variable se rapprochent de l'un des quatre types suivants: triangulaire, trapézoïdal, parabolique ou effilé. Dans la présente invention, les forces de chocs produites pendant les collisions de la soupape 124 contre l'élément de maintien de soupape, c'est à dire la tête mise en forme 122, sont réparties le long de la partie annulaire plate 128 de la soupape et appliquées à l'extrémité libre

des doigts de maintien 130, de sorte qu'aucune force appli-

quée ou concentrée au centre, n'affecte ni la soupape 124 ni l'élément de maintien 122 comme c'était le cas dans

l'art antérieur. L'extension radiale des doigts 130 amé-

liore les propriétés de ressort et d'absorption des chocs de l'élément de maintien 122, en réduisant les moments d'inertie et en contribuant à minimiser les contraintes dans les éléments en collision. La combinaison de ces fac-

teurs améliore la fiabilité du système de soupape.

La tête de boulon de blocage 122 est montée, par sa surface supérieure 123, sur la partie plate supérieure de la partie conique de guide de soupape 115, de façon que

la surface supérieure 123 de la tête de boulon et la sur-

face supérieure du piston 118 soient dans un même plan. De préférence, l'épaisseur de la tête de boulon de blocage est d'environ 1,14 mm (0,045 pouce), tandis que ses doigts sont placés 1,65 mm (0,065 pouce) au- dessus du fond des cavités circulaires 136 de la soupape 124. Ce déplacement (1,65 mm) est l'espacement de soulèvement de soupape de la soupape 124. La soupape d'aspiration 124 est de préférence réalisée dans un matériau polymère à hautes performances capable de

supporter une grande plage de températures allant par exem-

ple de -14,4 C (-40 F) à 260 C (500 F), et de grandes con-

traintes induites par les chocs. Les polymères préférables comprennent le Vespel vendu par Dupont Company, le Victrex fabriqué par I.C.I. Company, et le Kadel fabriqué par Amoco Company, ces polymères ayant des résistances en tension d'environ 220.106Pa(32.103PSI), ainsi qu'une résistance aux chocs élevée et une faible absorption d'eau. Ces polymères

ont également un module de flexion élevé de préférence su-

périeur à 17.109PA (2,5 x 106PSI), avec des températures de déformation thermique élevées de plus de 288 C (550 F), à

environ 1,8.106Pa(260PSI).

On remarquera que la forme courbe de la surface de soupape exposée 126 a une plus grande surface effective qui augmente et accélère l'ouverture de la soupape 124, en améliorant ainsi le rendement du compresseur. La partie centrale en saillie 115 de l'élément de piston 108 guide le mouvement de va-et-vient de la soupape 124, et fait corps avec le piston 108 auquel on a donné la formé d'un tronc de cône à surface concave. Une telle forme de partie conique évite un blocage ou un coincement de la soupape 126 si un déplacement, un basculement ou autres bouleversements de

la soupape 126 se produisent.

L'ensemble de culasse 160 comprend une culasse 134 munie d'un certain nombre de parties de joues 162 qui servent d'éléments de maintien de soupape pour la soupape de décharge 142. L'ensemble de culasse 160 forme également une partie de moyeu centrale 164 sur laquelle est monté

l'ensemble de soupape de décharge 138.

En cours de fonctionnement, l'ensemble de piston

96 doit aller et venir à l'intérieur de l'alésage de cylin-

dre 56. Lorsque l'ensemble de piston 96 se déplace de sa position de point mort bas à sa position de point mort haut dans sa course de compression, la soupape d'aspiration 124 glissant sur l'élément de guidage 115 et sur le boulon 120, doit ouvrir et fermer l'orifice d'aspiration 112 par sa propre inertie. Lorsque l'ensemble de piston 96 se déplace

vers l'ensemble de culasse 160, le gaz réfrigérant se trou-

vant dans l'alésage de cylindre 56 doit être comprimé et poussé de force à travers l'ensemble de soupape de décharge 138, au delà de la soupape de décharge 142, pour sortir et passer dans l'espace de pression de décharge 74 du carter

de compresseur 12.

Lorsque l'élément de piston 108 atteint la posi-

tion de point mort haut, les doigts radiaux 130 doivent oc-

cuper pratiquement les cavités 136, en formant ainsi une

zone de surface avant plate qui réduit le volume de réex-

pansion. Cela se produit lorsque le piston commence à se déplacer vers le point mort bas. Les doigts radiaux 139

doivent agir à la manière de lames en porte-à-faux et ré-

partir les forces d'inertie sur la face de la soupape 124.

A ce moment, la surface courbe 126, de même que la rainure annulaire 114, doivent contribuer à accélérer l'ouverture de la soupape. Le réfrigérant doit passer par la soupape 124 à la fois radialement vers l'extérieur et radialement vers l'intérieur, le long du chemin de passage de gaz très doux ainsi créé. On ne forme aucuns virages brusques ou raides qui risqueraient de produire une chute de pression

du réfrigérant.

L'élément de piston 108 doit aller jusqu'à la po-

sition de point mort bas et revenir dans l'autre sens en laissant la soupape d'aspiration 116 poursuivre son chemin vers l'avant sur l'élément de guidage 115 et le boulon 120,

pour fermer de manière étanche l'orifice d'aspiration 112.

La course d'aspiration est maintenant terminée et une nou-

velle course de compression recommence.

Il est évident que le système de soupape décrit ici peut s'appliquer à d'autres types de compresseurs que les compresseurs à tête de bielle à coulisse. Le nouveau système de soupape peut également être utilisé dans des compresseurs à pistons alternatifs aussi bien simples que doubles. la présente invention doit réduire la réexpansion et améliorer la synchronisation de la soupape d'aspiration

dans ces compresseurs.

Claims (9)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1) Compresseur (10) caractérisé par: un carter

(12); un bloc de cylindres (46) comportant chacun un alé-

sage (56, 58), ce bloc de cylindres étant disposé à l'inté-

rieur du carter; un ensemble de culasse (160) définissant un orifice de décharge, cet ensemble de culasse étant fixé sur les alésages de cylindres; une soupape de décharge

(142) montée sur l'ensemble de culasse au-dessus de l'ori-

fice de décharge; un piston (96, 98) disposé à l'intérieur de chaque alésage pour aller et venir dans celui-ci, ce piston comprenant une surface avant (118) comportant une

dépression annulaire (114) dans celle-ci, une surface ar-

rière (119), et un orifice d'aspiration (112) passant à travers le piston pour aller de la surface arrière à la

surface avant, cet orifice d'aspiration étant essentielle-

ment à la pression d'aspiration; un mécanisme d'entraîne-

ment (32) pour faire aller et venir chaque piston à l'intérieur de son alésage; et une soupape d'aspiration (124) montée en glissement sur le piston au-dessus de

l'orifice d'aspiration et de la surface avant, cette sou-

pape d'aspiration comportant une surface supérieure (128) et une surface inférieure (126), la surface inférieure étant de forme toroidale de façon que, pendant l'ouverture de la soupape d'aspiration, cette surface inférieure soit

aussitôt complètement exposée à la pression d'aspiration.

2) Compresseur selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la dépression de la surface avant du piston comprend une rainure annulaire en forme de demi-tore (114)

sur laquelle la soupape d'aspiration (124) se ferme de ma-

nière étanche, cette rainure annulaire étant en communica-

tion avec l'orifice d'aspiration (112).

3) Compresseur selon la revendication 2, caracté-

risé en ce que la rainure (114) communique avec l'orifice

d'aspiration par une pluralité d'ouvertures (112).

4) Compresseur selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la soupape d'aspiration (124) est réalisée

dans un matériau polymère.

) Compresseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque piston (96, 98) comprend une partie centrale en saillie (115) sur la surface avant (118), cette partie centrale en saillie s'engageant contre la soupape d'aspiration (124), de façon que cette partie centrale en saillie évite un blocage et un coincement de la soupape

d'aspiration.

6) Compresseur selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la soupape d'aspiration (124) est reliée en

glissement à chaque piston (96, 98) par un boulon de blo-

cage (120), ce boulon de blocage comprenant un doigt radial

(130), ce doigt radial étant en contact avec la surface su-

périeure (128) lorsque la soupape d'aspiration est ouverte.

7) Compresseur selon la revendication 6, caracté-

risé en ce que la soupape d'aspiration (124) comprend une cavité (136) dans la surface supérieure (128), le doigt (130) venant se loger dans cette cavité lorsque la soupape

d'aspiration est ouverte.

8) Compresseur selon la revendication 6, caracté-

risé en ce que le doigt (130), pendant le contact avec la soupape d'aspiration (124), positionne le foyer des forces

d'ouverture pour l'écarter du centre de la soupape d'aspi-

ration.

9) Compresseur selon la revendication 6, caracté-

risé en ce que le boulon de blocage (120) comprend une plu-

ralité des doigts (130).

10) Compresseur selon la revendication 6, carac-

térisé en ce que le boulon de blocage (120) comprend une

pluralité de doigts (130), et en ce que la soupape d'aspi-

ration (124) comprend une pluralité de cavités (136), cha-

que doigt pouvant venir se loger dans une cavité

correspondante.