FR2845432A1 - Compresseur a piston axial de co2 pour des installations de climatisation de vehicules automobiles - Google Patents
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Abstract
Compresseur à piston axial pour la circulation de CO2 comme agent réfrigérant dans un circuit fermé d'une installation de climatisation de véhicule automobile, avec un carter (27) délimitant un compartiment moteur (21), un bloc-cylindres (22) et une culasse de cylindre (23), un séparateur d'huile ou de lubrifiant étant associé au côté haute pression (25) du compresseur (20) et, en outre, un séparateur d'huile ou de lubrifiant (28) supplémentaire étant actif entre le compartiment moteur (21) et le côté aspiration (26) du compresseur (20), caractérisé en ce que le séparateur d'huile (28) supplémentaire est disposé dans la zone du bloc-cylindres (23) à l'intérieur d'un conduit de dérivation (29) conduisant, dans le bloc-cylindres (23), du compartiment moteur (21) au côté aspiration (26) du comoresseur (20).
Description
La présente invention concerne un compresseur à piston axial pour la
circulation de CO2 comme agent réfrigérant dans un circuit fermé d'une installation de climatisation d'un véhicule, avec un carter délimitant un compartiment moteur, un bloc-cylindres et une culasse de cylindre, un 5 séparateur d'huile ou de lubrifiant étant associé au côté haute pression du compresseur et, en outre, un séparateur d'huile ou de lubrifiant supplémentaire étant actif entre le compartiment moteur et le côté
aspiration du compresseur.
L'installation de climatisation d'un véhicule automobile est 10 constituée, selon la figure 3, des composants principaux suivants compresseur d'agent réfrigérant 10, - un premier échangeur de chaleur 11 monté en aval du compresseur, - un échangeur de chaleur intérieur 12 monté en aval de celui-ci,
- un organe d'expansion, en particulier une soupape d'expansion 13, 15 un évaporateur 14 monté en aval de celui-ci.
Les composants mentionnés ci-dessus sont raccordés les uns aux autres à l'aide de tuyauteries branchées entre eux. Le compresseur d'agent réfrigérant 10 a pour fonction d'aspirer l'agent réfrigérant, ici du C02, hors d'un évaporateur, dans lequel il se vaporise par absorption de chaleur et de 20 le comprimer à une pression plus élevée, de sorte que la chaleur peut être restituée à un niveau de température plus élevé dans un échangeur de chaleur monté en aval du compresseur (par exemple un condenseur ou un refroidisseur de gaz dans la zone sur-critique). Ensuite, l'agent réfrigérant est soumis à un étranglement dans la soupape d'expansion 1 3 jusqu'au 25 niveau de pression de l'évaporateur 14 monté en aval. Entre
l'évaporateur 14 et l'échangeur de chaleur intérieur 12 est également monté un séparateur d'agent réfrigérant 15 dans lequel l'agent réfrigérant liquide est séparé. Les composants du circuit d'agent réfrigérant qui servent à gérer le lubrifiant ou l'huile (séparation de l'huile, recyclage de l'huile) du 30 compresseur ne sont pas représentés sur la figure 3.
On utilise très souvent des compresseurs à piston axial comme compresseurs d'agent réfrigérant dans les installations de climatisation de véhicules automobiles. Mais on utilise également d'autres constructions de
compresseurs, comme par exemple les compresseurs à volute.
On s'est aperçu, lors de l'utilisation de C02 comme agent réfrigérant, qu'il est nécessaire d'utiliser un séparateur d'huile. La solubilité de l'huile dans le CO2 est faible, de sorte que le retour de l'huile nécessaire pour la lubrification n'est pas assuré. En outre, l'utilisation de C02 comme agent réfrigérant conduit à des températures finales de compression comparativement élevées lors de la compression. Pour cette raison, il faut 5 utiliser des huiles intrinsèquement plus visqueuses et additivées - ce qui diffère des compresseurs R134a. Cependant, ces huiles plus visqueuses conduisent à des inconvénients considérables dans l'échangeur de chaleur (coefficient de transfert de chaleur réduit; adhérence dans l'échangeur de chaleur). En raison de la construction compacte des compresseurs, en 10 particulier des compresseurs à piston axial, pour les installations de climatisation des véhicules automobiles, il faut également tenir compte d'une projection d'huile relativement importante. Pour ces raisons, il paraît indispensable d'utiliser un séparateur d'huile dans les installations de climatisation au C02. L'huile est alors séparée de l'agent réfrigérant dans le 15 séparateur d'huile selon un degré de séparation prédéterminé. L'agent réfrigérant s'écoule ensuite à travers le circuit, un transfert de chaleur comparativement plus favorable qu'avec un circuit sans séparateur d'huile pouvant être réalisé dans les échangeurs de chaleur. L'huile séparée est ramenée dans le compartiment moteur du compresseur ou guidée vers des 20 zones prédéterminées de celui-ci, par exemple un dispositif d'étanchéité
d'arbre à l'intérieur d'un compartiment voisin du compartiment moteur.
Il existe également des constructions en rapport avec les compresseurs à piston axial pour installations de climatisation des véhicules automobiles qui se distinguent par un conduit de dérivation entre le 25 compartiment moteur et le côté aspiration du compresseur, une soupape de réglage étant installée dans ce conduit de dérivation pour commander la pression entre le côté aspiration du compresseur et le compartiment monteur (voir document EP O 742 116 B1). Un séparateur d'huile, qui est intégré dans la paroi du carter, est également associé à ce conduit de 30 dérivation. En outre, le conduit de dérivation se trouve à l'extérieur du compresseur. Cette construction présente, certes, l'avantage d'éviter largement un entraînement d'huile incontrôlé à travers le conduit de dérivation jusqu'au côté aspiration. Cependant, elle présente l'inconvénient que le conduit de dérivation doit être raccordé et étanché au niveau de la 35 paroi de carter délimitant le compartiment moteur, d'une part, et au niveau de la culasse de cylindre côté aspiration, d'autre part. Il en résulte un plus grand nombre de points d'étanchéité qui, d'une part, sont coteux en terme de technique de fabrication et de montage et qui, d'autre part, forment
également des points de fuite.
L'objectif de la présente invention est donc de proposer un 5 compresseur à piston axial du type précédemment mentionné qui se distingue par un minimum de points d'étanchéité et, donc, de points fuite, avec une alimentation en huile de lubrification des éléments du moteur améliorée. Cet objectif est atteint selon la présente invention ayant pour objet 10 un compresseur à piston axial pour la circulation de C02 comme agent réfrigérant dans un circuit fermé d'une installation de climatisation de véhicule automobile, avec un carter délimitant un compartiment moteur, un bloc-cylindres et une culasse de cylindre, un séparateur d'huile ou de lubrifiant étant associé au côté haute pression du compresseur et, en 15 outre, un séparateur d'huile ou de lubrifiant supplémentaire étant actif
entre le compartiment moteur et le côté aspiration du compresseur, caractérisé en ce que le séparateur d'huile supplémentaire est disposé dans la zone du bloc-cylindres à l'intérieur d'un conduit de dérivation conduisant, dans le bloc-cylindres, du compartiment moteur au côté aspiration du 20 compresseur.
La présente invention est également caractérisée en ce qu'au moins un conduit s'étend entre le séparateur d'huile supplémentaire et le compartiment moteur ou des parties de celui-ci et/ou des paliers rotatifs et/ou des paliers glisseurs à l'intérieur ou à l'extérieur du compartiment 25 moteur, conduit par lequel l'huile séparée peut être amenée vers les
zones/les emplacements mentionnés ci-dessus.
Avantageusement, dans la zone d'admission du conduit de dérivation conduisant du compartiment moteur au côté aspiration du compresseur, il
est prévu un dispositif de blocage d'huile.
Avantageusement, le séparateur d'huile est conçu sous forme - d'un séparateur d'huile en tissu,
- d'un séparateur d'huile à déflecteur, - d'un séparateur d'huile à labyrinthe, - d'un séparateur d'huile à cyclone, ou 35 - d'une combinaison de ceux-ci.
La présente invention est également caractérisée en ce que le conduit de dérivation entre le compartiment moteur et le côté aspiration du compresseur comprenant un séparateur d'huile supplémentaire est placé dans la zone de bord du compresseur et s'étend à travers le bloc- cylindres, s un siège de soupape disposé entre le bloc-cylindres et la culasse de cylindre et, éventuellement, une membrane de soupape tendue entre le siège de soupape et la culasse de cylindre ainsi que des garnitures
d'étanchéité disposées entre ces éléments.
Avantageusement le conduit de dérivation est conçu à la manière 10 d'une "ailette de refroidissement de carter" ou s'étend à l'intérieur d'une
telle ailette.
Avantageusement, le dispositif de refroidissement est associé au
conduit de dérivation comprenant un séparateur d'huile supplémentaire, au moins au séparateur d'huile supplémentaire proprement dit, et/ou au 15 conduit de recyclage d'huile raccordé à celui-ci.
Grâce à la présente invention, une quantité d'huile plus importante
est maintenue de manière stationnaire dans le compartiment moteur - comme dans l'art antérieur selon le document EP O 742 il16 Bi.
Le processus d'aspiration est plus efficace grâce aux dispositions selon la 20 présente invention car une plus grande quantité d'agent réfrigérant et une
moins grande quantité d'huile arrivent dans les compartiments de cylindres et sont comprimées ensemble pendant la course d'aspiration. La projection d'huile hors du compresseur dans le système ou l'installation est réduite.
Cela conduit à une effectivité accrue des échangeurs de chaleur et, par 25 conséquent, à une efficience accrue de l'ensemble du système.
Grâce à la séparation d'huile supplémentaire en parallèle à la séparation d'huile déjà connue du côté haute pression, il est possible de réduire les dimensions du séparateur d'huile précédemment mentionné dans
le courant de gaz principal du compresseur.
Il est particulièrement avantageux que l'huile extraite par la
séparation d'huile supplémentaire du côté aspiration ait une température inférieure à celle de l'huile séparée dans le circuit principal du compresseur du côté haute pression. En conséquence, on peut amener un lubrifiant à une température moins élevée au compartiment moteur, de sorte le 35 rendement de la lubrification est sensiblement augmenté.
Le coeur de la présente invention, du point de vue de la construction, est le fait que le séparateur d'huile supplémentaire est disposé dans la zone du bloc-cylindres à l'intérieur d'un conduit de dérivation conduisant, dans le bloc-cylindres, du compartiment moteur vers le côté aspiration du 5 compresseur, lequel conduit s'étend alors également à travers ce qu'on appelle un siège de soupape entre le bloc-cylindres et la culasse de cylindre ainsi que, éventuellement, à travers une membrane de soupape tendue entre la culasse de cylindre et le siège de soupape. Ainsi, aucune garniture d'étanchéité particulière n'est nécessaire pour le conduit de dérivation. Les 10 garnitures d'étanchéité déjà existantes entre le bloc-cylindres et le siège de soupape, d'une part, et le siège de soupape, éventuellement la membrane de soupape et la culasse de cylindre, d'autre part, agissent par rapport au conduit de dérivation. Ainsi, grâce au conduit de dérivation installé selon la présente invention, aucun point de fuite supplémentaire n'est créé. Les 15 cots de fabrication de la construction selon la présente invention sont
considérablement moindres avec une sécurité de fonctionnement accrue.
Comme déjà mentionné, il est assez important pour le rendement que l'huile ramenée dans le compartiment moteur ait une température relativement basse. Par conséquent, il s'est avéré avantageux d'installer le 20 conduit de dérivation mentionné, auquel est également associé le séparateur d'huile supplémentaire, dans la zone de bord du compresseur, mais encore à l'intérieur de la délimitation extérieure, de préférence à la manière d'une "ailette de refroidissement de carter". Il peut être également avantageux d'associer un dispositif de refroidissement à la séparation 25 d'huile supplémentaire, avec lequel l'huile séparée est amenée activement à
une température plus basse.
Deux modes de réalisation de la présente invention vont être expliqués plus en détail ci-après à l'aide des dessins annexés sous forme de schémas. Ces derniers montrent sur: la figure 1 un premier mode de réalisation d'un compresseur à piston axial conçu selon la présente invention, selon une coupe longitudinale schématique; et la figure 2 un second mode de réalisation d'un compresseur à piston
axial conçu selon la présente invention, selon une coupe longitudinale 35 schématique.
Les figures 1 et 2 montrent une coupe longitudinal schématique d'un
compresseur à piston axial pour des installations de climatisation de véhicules automobiles, moyennant quoi on renvoie, à titre d'exemple, au document DE 198 09 768 Ai ou au document EP 0 742 116 Bl déjà 5 mentionné pour la construction détaillée d'un compresseur à piston axial de ce type.
Les compresseurs à piston axial 20 de ce type, qui, dans le cas présent, doivent servir à la circulation de C02 comme agent réfrigérant dans un circuit fermé d'une installation de climatisation de véhicule automobile, 10 comprennent un carter 27 délimitant un compartiment moteur 21, un bloccylindres 22 ainsi qu'une culasse de cylindre 23, une chambre de compression 25 avec un séparateur d'huile ainsi qu'une chambre d'aspiration 26 sont ménagées dans la culasse de cylindre 23. La chambre de compression 25 est raccordée à l'échappement des compartiments de 15 cylindres individuels dans le bloc-cylindres 22 alors que les admissions des compartiments de cylindres individuels communiquent avec les chambres
d'aspiration 26.
Les pistons déplaçables selon un mouvement alternatif dans les compartiments de cylindres sont accouplés à un disque en nutation ou un 20 plateau oscillant qui est logé sur un arbre moteur central. Cet arbre moteur est entraîné par le moteur du véhicule, et ce, par l'intermédiaire d'une
poulie de commande 24 disposée à l'extérieur du carter 27.
Comme déjà expliqué ci-dessus, un séparateur d'huile ou de lubrifiant 28 supplémentaire est prévu, en plus du séparateur d'huile du 25 côté haute pression, entre le compartiment moteur 21 et le côté
aspiration 26 du compresseur 2), le séparateur d'huile 28 supplémentaire étant disposé dans la zone du bloc-cylindres 23, et ce, ici, concrètement à l'intérieur d'un conduit de dérivation 29 conduisant, dans le bloccylindres 23, du compartiment moteur 21 au côté aspiration 26 du 30 compresseur 20.
Le séparateur d'huile 28 peut être conçu sous forme d'un séparateur d'huile en tissu, d'un séparateur d'huile à déflecteur, d'un séparateur d'huile à labyrinthe, ou d'un séparateur d'huile à cyclone. Il se trouve, de préférence, dans la zone d'admission du conduit de dérivation 29 35 conduisant du compartiment moteur 21 au côté aspiration 26 du
compresseur 20.
Selon la figure 1, le conduit de dérivation 29 se trouve dans la zone de bord du compresseur 20, là o les températures sont un peu plus basses
que dans la zone centrale du compresseur.
Dans le mode de réalisation selon la figure 2, un conduit de recyclage 5 d'huile 30, par lequel l'huile accumulée dans le séparateur d'huile 28 est ramenée dans le compartiment moteur 21, est raccordé au séparateur d'huile supplémentaire 28 dans la zone entre le compartiment moteur 21 et le côté aspiration 26. Dans ce conduit de recyclage d'huile 30 débouche un conduit de recyclage d'huile 31 supplémentaire provenant du côté haute 10 pression 25 ou du premier séparateur d'huile prévu là. Ce conduit de recyclage d'huile supplémentaire 31 comprend, en outre, une soupape de
réglage 32.
Ainsi, l'huile séparée aussi bien par le séparateur d'huile du côté haute pression que par le séparateur d'huile du côté basse pression peut 15 être ramenée dans le compartiment moteur 21 ou dans des parties de celui- ci, en particulier vers des paliers rotatifs et/ou des paliers glisseurs disposés là. Comme déjà mentionné, le conduit de dérivation 29 se trouve dans la zone de bord du bloc-cylindres 22, c'est-à-dire près d'un environnement généralement plus froid. Afin d'obtenir un effet de 20 refroidissement supplémentaire, le conduit de dérivation 29 s'étend à l'intérieur d'une ailette longitudinale du bloc-cylindres faisant saillie dans le sens radial vers l'extérieur ainsi qu'à l'intérieur des zones adjacentes du carter 27 et de la culasse de cylindre 23. Cette ailette longitudinale ressemble à un genre d'ailette de refroidissement de carter. Dans tous les 25 cas, le conduit de dérivation doit s'étendre à travers le bloc-cylindres ainsi qu'à travers un siège de soupape placé entre la culasse de cylindre et le bloc-cylindres ainsi qu'à travers des garnitures d'étanchéité disposée entre ces éléments, de sorte qu'aucune garniture d'étanchéité particulière n'est nécessaire pour le conduit de dérivation. Sur les figures 1 et 2, le siège de 30 soupape est désigné par le repère 33. Une représentation plus précise du siège de soupape et des membranes de soupape est superflue car il s'agit
ici d'éléments de construction connus en soi.
Liste des références Compresseur d'agent réfrigérant 11 Premier échangeur de chaleur 5 i 2 Echangeur de chaleur intérieur 1 3 Soupape d'expansion 1 4 Evaporateur 1 5 Séparateur d'agent réfrigérant Compresseur à piston axial 10 21 Compartiment moteur 22 Bloc-cylindres 23 Culasse de cylindre 24 Poulie de commande Chambre de compression avec séparateur d'huile 15 26 Chambre d'aspiration 27 Carter 28 Séparateur d'huile supplémentaire 29 Conduit de dérivation Conduit de recyclage d'huile 20 31 Conduit de recyclage d'huile 32 Soupape de réglage 33 Siège de soupape
Claims (7)
1. Compresseur à piston axial pour la circulation de C02 comme agent réfrigérant dans un circuit fermé d'une installation de climatisation de véhicule automobile, avec un carter (27) délimitant un compartiment 5 moteur (21), un bloc-cylindres (22) et une culasse de cylindre (23), un séparateur d'huile ou de lubrifiant étant associé au côté haute pression (25) du compresseur (20) et, en outre, un séparateur d'huile ou de lubrifiant (28) supplémentaire étant actif entre le compartiment moteur (21) et le côté aspiration (26) du compresseur (20), caractérisé en ce que le séparateur 10 d'huile (28) supplémentaire est disposé dans la zone du bloc-cylindres (23) à l'intérieur d'un conduit de dérivation (29) conduisant, dans le bloccylindres (23), du compartiment moteur (21) au côté aspiration (26) du
compresseur (20).
2. Compresseur à piston axial selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce qu'au moins un conduit (30) s'étend entre le séparateur d'huile (28) supplémentaire et le compartiment moteur (21) ou des parties de celui-ci et/ou des paliers rotatifs et/ou des paliers glisseurs à l'intérieur ou à l'extérieur du compartiment moteur (21), conduit par lequel l'huile séparée
peut être amenée vers les zones/les emplacements mentionnés ci-dessus.
3. Compresseur à piston axial selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans la zone d'admission du conduit de dérivation (29) conduisant du compartiment moteur (21) au côté aspiration (26) du compresseur (20), il est prévu un dispositif de blocage d'huile.
4. Compresseur à piston axial selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le séparateur d'huile est conçu
sous forme - d'un séparateur d'huile en tissu, - d'un séparateur d'huile à déflecteur, - d'un séparateur d'huile à labyrinthe, - d'un séparateur d'huile à cyclone, ou
- d'une combinaison de ceux-ci.
5. Compresseur à piston axial selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit de dérivation (29) 35 entre le compartiment moteur (21) et le côté aspiration (26) du
compresseur (20) comprenant un séparateur d'huile (28) supplémentaire est placé dans la zone de bord du compresseur (20) et s'étend à travers le bloc-cylindres (22), un siège de soupape (33) disposé entre le bloccylindres (22) et la culasse de cylindre (23) et, éventuellement, une 5 membrane de soupape tendue entre le siège de soupape (33) et la culasse de cylindre (23) ainsi que des garnitures d'étanchéité disposées entre ces éléments.
6. Compresseur à piston axial selon la revendication 5, caractérisé en
ce que le conduit de dérivation (29) est conçu à la manière d'une "ailette de 10 refroidissement de carter" ou s'étend à l'intérieur d'une telle ailette.
7. Compresseur à piston axial selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un dispositif de refroidissement est associé au conduit de dérivation (29) comprenant un séparateur d'huile (28) supplémentaire, au moins au séparateur d'huile (28) 15 supplémentaire proprement dit, et/ou au conduit de recyclage d'huile (30)
raccordé à celui-ci.
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