OA17176A

OA17176A - The cam compressor.

Info

Publication number: OA17176A
Application number: OA1201400490
Authority: OA
Inventors: AKAFFOU Akaffou Jacques Delon M.
Original assignee: AKAFFOU Akaffou Jacques Delon M.
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-04-05

Abstract

L'invention est un compresseur composé d'un piston (1); d'une tête de came (2); d'une came (4); d'un bras de bielle (5); d'une queue de la bielle (6); d'un roulement du bras logé dans la queue de la bielle (7); d'un roulement du bras logé dans la came (8) ; d'une pompe de charge (9); d'une soupape d'admission (10); d'une soupape d'échappement (11); d'un ressort de compression (13). Le compresseur possède un arbre à came et un piston (1) fixé avec la bielle (5) qui est une tige rigide, articulée à ses deux extrémités et destinée à la transmission du mouvement entre deux pièces mobiles. The invention is a compressor composed of a piston (1); a cam head (2); a cam (4); a connecting rod arm (5); a tail of the connecting rod (6); a bearing of the arm housed in the tail of the connecting rod (7); a bearing of the arm housed in the cam (8); a charge pump (9); an intake valve (10); an exhaust valve (11); a compression spring (13). The compressor has a camshaft and a piston (1) fixed with the connecting rod (5) which is a rigid rod, articulated at its two ends and intended for the transmission of movement between two moving parts.

Description

DESCRIPTION DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION

Le compresseur à cameThe cam compressor

L'invention concerne un appareil qui comprime les fluides (gaz ou liquide), nommé compresseur à came, et qui est utilisé pour les appareils électroménagers, dans les véhicules (engins), dans les s grandes installations électriques et frigorifiques.The invention relates to an apparatus which compresses fluids (gas or liquid), called a cam compressor, and which is used for household appliances, in vehicles (machines), in large electrical and refrigeration installations.

Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter par un procédé uniquement mécanique la pression d'un gaz.A mechanical compressor is a mechanical device intended to increase the pressure of a gas by a purely mechanical process.

Pour exercer la même fonction sur un liquide, quasi Incompressible, on utilise une pompe.To exert the same function on a liquid, quasi Incompressible, one uses a pump.

Le compresseur mécanique (aussi appelé compresseur volumétrique) est utilisé dans 10 des automobiles, des avions mais aussi sur des bateaux à moteur et dans l'industrie pour produire de l'air comprimé.The mechanical compressor (also called positive displacement compressor) is used in automobiles, airplanes, but also in motor boats and in industry to produce compressed air.

Le compresseur mécanique est utilisé sur les moteurs à explosion, pour en augmenter le rendement. Selon le même principe que le turbocompresseur, il permet un meilleur remplissage des cylindres en air. Toutefois, à la différence de ce dernier, il est entraîné directement par le moteur, généralement is par le biais d'une courroie ou par cascade de pignons.The mechanical compressor is used on internal combustion engines to increase efficiency. Following the same principle as the turbocharger, it allows better filling of the cylinders with air. However, unlike the latter, it is driven directly by the motor, usually by means of a belt or by cascade of gears.

Le compresseur mécanique permet d'augmenter la puissance et le couple du moteur qu'il alimente et contrairement à un turbocompresseur il n'a pas besoin que le moteur débite un certain volume de gaz à l'échappement pour entrer en fonctionnement ; il est donc opérationnel immédiatement après le démarrage du moteur.The mechanical compressor makes it possible to increase the power and the torque of the engine that it supplies and, unlike a turbocharger, it does not need the engine to deliver a certain volume of gas to the exhaust in order to start operation; it is therefore operational immediately after starting the engine.

Fonctionnant à des régimes relativement bas, par rapport au turbocompresseur, sa fiabilité est moins dépendante de la qualité de la lubrification et du refroidissement.Operating at relatively low revs, compared to the turbocharger, its reliability is less dependent on the quality of lubrication and cooling.

Dans l'usage automobile, son mode de fonctionnement fait qu'il consomme, en permanence, une partie de l’énergie mécanique générée par le moteur ce qui fait baisser le rendement global du moteur si l'appoint de puissance qu'il génère est insuffisant.In automobile use, its mode of operation means that it constantly consumes part of the mechanical energy generated by the engine, which lowers the overall efficiency of the engine if the additional power it generates is insufficient.

Nous ne pouvons en citer que trois types : les compresseurs semi-hermétiques, les compresseurs à palette et les compresseurs rotatifs.We can only name three types: semi-hermetic compressors, vane compressors and rotary compressors.

Les compresseurs à palettes sont constitués de stator hermétiquement fermé en son sein, de rotor comportant des palettes qui, dans son mouvement de rotation va chasser le fluide vers la sortie par l'entremise de celles-ci. Ce refoulement rapide avec la petite sortie va créer une pression. Là, nous f · *** 2 *** percevons son mode de compression. Comme remarque nous pouvons dire de ce système qu’il ne fonctionne en temps qu’un compresseur mais bien au contraire une pompe même si elle semble donner un résultat de compression. Ce ci rend le résultat coûteux.The vane compressors consist of a stator hermetically sealed within it, of a rotor comprising vanes which, in its rotational movement, will drive the fluid towards the outlet through them. This rapid discharge with the small outlet will create pressure. There, we f *** 2 *** perceive its compression mode. As a remark we can say of this system that it only works as a compressor but on the contrary a pump even if it seems to give a compression result. This makes the result expensive.

Le compresseur à palettes est un compresseur dit à rotation.The vane compressor is a so-called rotary compressor.

Il est constitué d'un stator cylindrique dans lequel tourne un rotor excentré. Ce dernier est muni de rainures radiales dans lesquelles coulissent des palettes qui sont constamment plaquées contre la paroi du stator par la force centrifuge.It consists of a cylindrical stator in which an eccentric rotor turns. The latter is provided with radial grooves in which slide vanes which are constantly pressed against the wall of the stator by centrifugal force.

La capacité comprise entre deux palettes est variable. Devant la tubulure d'aspiration, le volume croît : il y a donc aspiration du gaz. Ce gaz est ensuite emprisonné entre deux palettes et transporté vers la tubulure de refoulement. Dans cette zone, le volume décroît et le gaz comprimé s'échappe dans la tuyauterie de refoulement.The capacity between two pallets is variable. In front of the suction pipe, the volume increases: there is therefore suction of gas. This gas is then trapped between two pallets and transported to the delivery pipe. In this zone, the volume decreases and the compressed gas escapes in the discharge pipe.

Deux conceptions de compresseur existent :Two compressor designs exist:

Fonctionnement avec lubrification : les palettes sont en général en acier et l’huile, outre la diminution du frottement entre palettes et stator, assure l'évacuation des calories et améliore aussi l’étanchéité au niveau des contacts palettes/stator. Dans cette configuration, le gaz comprimé est pollué par l'huile, il est donc parfois indispensable de purifier le gaz comprimé par un procédé adéquat (décantation ou filtrage).Operation with lubrication: the vanes are generally made of steel and the oil, in addition to reducing the friction between the vanes and the stator, ensures the evacuation of heat and also improves the seal at the level of the vane / stator contacts. In this configuration, the compressed gas is polluted by the oil, so it is sometimes essential to purify the compressed gas by an appropriate process (settling or filtering).

-Fonctionnement à sec avec des palettes en matériau composite chargé en graphite ou en téflon.-Dry operation with pallets made of composite material loaded with graphite or teflon.

Dans un compresseur à pistons, chaque piston présente un mouvement alternatif dans un cylindre. Lors de l'alier, le piston aspire le fluide à une certaine pression puis le comprime au retour. Pour cela, chaque piston est muni d'une entrée et d'une sortie à clapet anti-retour. Le clapet d'admission ne peut laisser passer le gaz que vers la chambre du piston. À l'inverse, le clapet d'échappement ne peut laisser passer le gaz que vers le circuit extérieur. De plus, le clapet d’échappement offre une certaine résistance, de façon à ne s'ouvrir que lorsque la pression de l'intérieur de la chambre du cylindre atteint une valeur suffisante. Voici le fonctionnement pas à pas :In a piston compressor, each piston has a reciprocating motion in a cylinder. During the alier, the piston sucks the fluid at a certain pressure then compresses it on return. For this, each piston is provided with an inlet and an outlet with a non-return valve. The inlet valve can only pass gas to the piston chamber. Conversely, the exhaust valve can only allow gas to pass to the external circuit. In addition, the exhaust valve offers a certain resistance, so that it does not open until the pressure inside the cylinder chamber reaches a sufficient value. Here is the step by step operation:

• le piston «t descend » : la dépression créée à l'intérieur du cylindre entraîne l'ouverture du clapet d'admission et le fluide est aspiré. Le clapet d'échappement est fermé, car II ne marche que dans un sens.• the piston “t goes down”: the vacuum created inside the cylinder causes the inlet valve to open and the fluid is sucked in. The exhaust valve is closed because it only works in one direction.

• le piston commence sa « remontée » : le fluide commence à se comprimer, car il ne peut sortir par le clapet d'admission (clapet anti-retour) et sa pression n'est pas suffisante pour pousser le ~ 3 ~ clapet d'échappement (maintenu en place par un ressort par exemple). Le fluide ne pouvant s'échapper, il se compresse, car la « remontée » du piston diminue le volume dans le cylindre.• the piston begins to "rise": the fluid begins to compress, because it cannot exit through the intake valve (non-return valve) and its pressure is not sufficient to push the ~ 3 ~ valve exhaust (held in place by a spring for example). Since the fluid cannot escape, it compresses, because the "rise" of the piston reduces the volume in the cylinder.

• la pression du fluide atteint la pression voulue (contrôlé par la raideur du ressort) : cette pression est suffisante pour ouvrir le clapet d'échappement et le fluide sous pression s'échappe donc. Le piston finissant sa remontée, il chasse le fluide tout en maintenant sa pression.• the fluid pressure reaches the desired pressure (controlled by the stiffness of the spring): this pressure is sufficient to open the exhaust valve and the pressurized fluid therefore escapes. The piston finishing its rise, it drives out the fluid while maintaining its pressure.

• le clapet d'échappement se ferme lorsque le piston arrive au point mort haut et un nouveau cycle recommence.• the exhaust valve closes when the piston reaches top dead center and a new cycle begins again.

Un compresseur à piston est souvent muni de plusieurs pistons, dont les phases d'admission et d'échappement sont décalées pour avoir une sortie de fluide plus constante dans le réservoir. En îo effet, pour chaque piston, la sortie du gaz comprimé n'occupe qu'une petite partie du cycle.A piston compressor is often equipped with several pistons, the intake and exhaust phases of which are offset to have a more constant fluid outlet in the reservoir. Indeed, for each piston, the outlet of the compressed gas occupies only a small part of the cycle.

Les compresseurs seml hermétiques ont au moins un piston et des clapets ; cylindre en gaz. La grande vitesse de rotation que transmet le moteur au piston, lui permet de remplir et de vider le cylindre de son contenu fluide. La sortie du fluide étant petite, son passage sera forcé. Ceci va créer une pression.Semi-hermetic compressors have at least one piston and valves; gas cylinder. The high speed of rotation transmitted by the engine to the piston enables it to fill and empty the cylinder of its fluid content. The fluid outlet being small, its passage will be forced. This will create pressure.

is Comme faiblesse de ces types de compresseur, le jeu entre les pistons et le vilebrequin engendre de grandes pertes d'énergie cinétique, lors de la transmission du mouvement rotatif du vilebrequin au mouvement de translation du piston. Ceci réduit la puissance du compresseur.As a weakness of these types of compressor, the clearance between the pistons and the crankshaft generates great losses of kinetic energy, during the transmission of the rotary movement of the crankshaft to the translational movement of the piston. This reduces the power of the compressor.

Les compresseurs rotatifs, grâce à leur grande vitesse font tourbillonner le fluide pour les refouler. La sortie étant petite, le fluide ne pourra pas s'écouler rapidement, ce qui va susciter un bourrage. Ce 2o bourrage du fluide va créer une surpression pour nous donner une haute pression. Ce système semble donner un bon rendement. C'est pour cela qu'en général les appareils de conditionnement d’air fonctionnent par ce système. En effet ce système fait apparemment une grande compression et permet de faire l'installation des grandes surfaces. En réalité ce type de compresseur joue le rôle de pompe.Rotary compressors, thanks to their high speed, swirl the fluid to deliver them. Since the outlet is small, the fluid will not be able to flow quickly, which will cause a blockage. This 2o fluid jam will create an overpressure to give us high pressure. This system seems to give a good return. This is why in general air conditioners work by this system. Indeed this system apparently makes a great compression and allows the installation of large surfaces. In reality this type of compressor acts as a pump.

2s Dans ces différents types de compresseurs, la compression ne se fait pas réellement à l'intérieur des cylindres. Mais la grande vitesse et la sortie petite sortie nous donne l'image de surcharger une petite contenance. Partant de là, nous affirmons qu'il n'y a pas eu de compression réelle, mais par la force des choses nous donnent une compression.2s In these different types of compressors, the compression does not really take place inside the cylinders. But the high speed and the small output output gives us the image of overloading a small capacity. Proceeding from there, we affirm that there was no real compression, but by force of circumstance give us compression.

Aussi, note-t-on la grande perte d'énergie lors de la transmission du mouvement rotatif du vilebrequin 30 au mouvement de translation du piston. Ceci réduit considérablement la puissance du compresseur.Also, we note the great loss of energy during the transmission of the rotary movement of the crankshaft 30 to the translational movement of the piston. This considerably reduces the power of the compressor.

La présente Invention a pour but de fournir un compresseur qui produit une grande pression avec peu d'effort et générant une grande quantité d’énergie.The object of the present invention is to provide a compressor which produces a large pressure with little effort and generates a large amount of energy.

Conformément à l'invention, ce but est atteint avec un compresseur qui possède un arbre à came et un piston fixé avec la bielle qui est une tige rigide, articulée à ses deux extrémités et destinée à la transmission du mouvement entre deux pièces mobiles. Il est composé de :According to the invention, this object is achieved with a compressor which has a camshaft and a piston fixed with the connecting rod which is a rigid rod, articulated at its two ends and intended for the transmission of movement between two moving parts. It is composed of :

- un piston qui a pour rôle d'aspirer et de refouler le fluide du cylindre,- a piston which has the role of sucking and discharging the fluid from the cylinder,

-une tête de came qui sert à pousser le piston du point mort inferieur (PMI) au point mort supérieur (PMS).-a cam head which is used to push the piston from lower dead center (PMI) to upper dead center (PMS).

- une came qui convertie le mouvement circulaire du moteur en mouvement rectiligne va et vient,- a cam which converts the circular motion of the motor into a straight back and forth motion,

- un bras de bielle qui est la liaison entre la queue de la bielle et la came, • une queue de la bielle qui est le bout de la bielle, la partie opposée au piston,- a connecting rod arm which is the connection between the tail of the connecting rod and the cam, • a tail of the connecting rod which is the end of the connecting rod, the part opposite the piston,

- un roulement du bras logé dans la queue de la bielle qui permet aux bras de se mouvoir librement,- an arm bearing housed in the tail of the connecting rod which allows the arms to move freely,

- un roulement du bras logé dans la came qui permet à la came de tourner librement sans que les bras ne lui fassent obstacle,- an arm bearing housed in the cam which allows the cam to rotate freely without the arms hindering it,

- une pompe de charge qui est attelée au compresseur pour aider le piston à faire le plein du cylindre,- a charge pump which is coupled to the compressor to help the piston fill the cylinder,

- une soupape d'admission qui s'oppose à la sortie du fluide lors de la compression et laisse entrer le fluide lors de l'admission,- an inlet valve which opposes the exit of the fluid during compression and allows the fluid to enter during admission,

- une soupape d'échappement (s’oppose à l'admission du fluide lors de la l'aspiration et laisse sortir le fluide lors de l'échappement),- an exhaust valve (opposes the admission of fluid during suction and lets the fluid out during exhaust),

- un ressort de compression qui s'oppose à la sortie du fluide jusqu’à ce que la pression à l'intérieur du cylindre soit supérieure à sa tension.- a compression spring which opposes the exit of the fluid until the pressure inside the cylinder is greater than its tension.

Compresseur à came, conformément à l’invention présente l'avantage de produire une très grande pression avec peu d'effort et une grande production frigorifique dans les installations frigorifiques.Cam compressor according to the invention has the advantage of producing a very high pressure with little effort and a high refrigeration output in refrigeration installations.

En outre, le compresseur permet de monter de grandes installations pour la production électrique et aussi à de diverses fins.In addition, the compressor allows to mount large plants for power generation and also for various purposes.

L'invention est décrite à l'aide des schémas joints à cet effet, selon les quels :The invention is described with the aid of the diagrams attached for this purpose, according to which:

- La figure 1 représente le compresseur à came vue de face- Figure 1 shows the cam compressor front view

- La figure 2 représente le compresseur à came vue de dessus ~ 5 ~- Figure 2 shows the top view cam compressor ~ 5 ~

Le compresseur repose sur un principe, le principe GRA de LEON qui est défini comme l’intégration de toutes les forces allant du PMI au PMS supérieure à la tentions du ressort. Ce principe nous permet d'avoir une pression minimale de sortie qui est supérieur à la tension du ressort. Ceci signifie que la compression du fluide à l'intérieur du cylindre est supérieur à la tentions du ressort avant sa sortie.The compressor is based on one principle, the LEON GRA principle which is defined as the integration of all forces from PMI to PMS greater than the spring tension. This principle allows us to have a minimum outlet pressure which is greater than the spring tension. This means that the compression of the fluid inside the cylinder is greater than the tension of the spring before it exits.

La mise en service du moteur du compresseur va faire tourner l'arbre à came (17). Celui-ci va permettre à la came (3) de faire déplacer le piston (1) du PMS au PMI ou du PMI au PMS.Switching on the compressor motor will turn the camshaft (17). This will allow the cam (3) to move the piston (1) from PMS to PMI or from PMI to PMS.

Le piston(1) étant au PMS, va descendre vers le PMI. Lors de ce mouvement la soupape d’échappement (11) se ferme tandis que celle d'admission(IO) s'ouvre. Cependant le fluide fait son entrée dans le cylindre (16) à l’aide de la pompe de charge (9) incorporée et du pïston(1 ) jusqu'à ce que celui-ci (le piston) arrive au PMI. Nous verrons que le cylindre (16) sera suffisamment chargé.The piston (1) being at the PMS, will descend towards the PMI. During this movement the exhaust valve (11) closes while the intake valve (IO) opens. However, the fluid enters the cylinder (16) using the built-in charge pump (9) and the peston (1) until the latter (the piston) reaches the PMI. We will see that the cylinder (16) will be sufficiently loaded.

Une fois que le piston(1) est au PMI, celui-ci va reprendre sa course du PMI au PMS. Dés son premier mouvement de remonté, la soupape d'admission(IO) va se refermer sous l’action de la contre pression. En effet cette contre pression va pousser la tête de la soupape à se refermer. Elle est aidée par le ressort de rappel fixé sur la queue de la soupape. L'admission étant fermée, aussi bien que l'échappement, le piston(1) dans sa course de remonté va chercher à chasser le fluide, ce qui va augmenter la pression à l'intérieur du cylindre(16) jusqu'à ce que cette pression soit supérieure à la tension du ressort « principe GRAH de LEON » afin de laisser échapper sous pression, le fluide lorsque le piston(1) sera au PMS. La sortie étant petite va encore augmenter la pression.Once the piston (1) is at PMI, it will resume its stroke from PMI to PMS. From its first ascent, the inlet valve (IO) will close under the action of the back pressure. Indeed this back pressure will push the head of the valve to close. It is helped by the return spring attached to the valve stem. The intake being closed, as well as the exhaust, the piston (1) in its ascent stroke will seek to expel the fluid, which will increase the pressure inside the cylinder (16) until this pressure is greater than the tension of the "LEON GRAH principle" spring in order to let the fluid escape under pressure when the piston (1) is at the PMS. The outlet being small will further increase the pressure.

Les mouvements du piston(1 ) sont assurés par une came (4) ovale excentrée constitué d'une partie très bombée (la tête de la came) (3). Quand la tête de la came(3) est à Γ opposé de la queue de la bielle. Cette période est la fin de l'admission et le début de la compression. Lorsque la tête de la came(3) remontera vers la queue de la bielle(6), le piston(1) va remonter vers le PMS. La came (4) possède un creux qui loge les bras du piston situé de part et d'autre de la queue de celui-ci. Les bras dans leur loge dans la came(3), possèdent des roulements ainsi que leur fixation sur la queue de la bielle (6) pour faciliter le mouvement de rotation de la came (4) et celui rectiligne du piston (1). Le jeu entre la bielle et la plaque du bas du cylindre qui oriente la bielle est de 1/27 tolérance.The movements of the piston (1) are provided by an eccentric oval cam (4) made up of a very domed part (the head of the cam) (3). When the head of the cam (3) is at Γ opposite the tail of the connecting rod. This period is the end of admission and the start of compression. When the head of the cam (3) goes up towards the tail of the connecting rod (6), the piston (1) will go up towards the PMS. The cam (4) has a hollow which accommodates the arms of the piston located on either side of the tail thereof. The arms in their housing in the cam (3) have bearings and their attachment to the tail of the connecting rod (6) to facilitate the rotational movement of the cam (4) and the rectilinear movement of the piston (1). The clearance between the connecting rod and the cylinder bottom plate which orients the connecting rod is 1/27 tolerance.

Le barbotage de la tête de la came (3) dans l’huile va servir de lubrification du système.Bubbling the cam head (3) in the oil will serve as system lubrication.

Claims

Cam compressor characterized in that it consists of a piston (1); a cam head (2); a cam (4); a connecting rod arm (5); a tail of the connecting rod (6); a bearing of the arm housed in the tail of the connecting rod (7); a bearing of the arm housed in the cam (8); a charge pump (9); an intake valve (10); an exhaust valve (11) and a compression spring (13).

Cam compressor according to Claim 1, characterized in that it has a camshaft (17) and a piston (1) fixed with the connecting rod (2) which is a rigid rod, articulated at its two ends and intended for the transmission of movement between two moving parts.

Cam compressor according to claim 1, characterized in that the clearance between the connecting rod (2) and the bottom plate of the cylinder (16) which directs the connecting rod (2) is 1/27 tolerance.

Cam compressor according to claim 1, characterized in that the bubbling of the head of the cam (3) in the oil will serve as lubrication of the system.