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Système de réglage automatique pour locomotives Diesel à transmission pneumatique au moyen d'un mélange d'air com- primé et de vapeur d'eau.
Le réglage de locomotives Diesel à commande directe des roues motricesest un problème simple: la vitesse de mar - che de la locomotive détermine directement le nombre de tours du moteur et, par conséquent aussi la puissance. Le nombre de tours peut être varié, à son tour, au moyen d'un seul le- vier de commande réglant l'injection du combustible dans le moteur.
Mais la question est bien plus complexe lorsqu'il s'agit de locomotives Diesel à transmission pneumatique.
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En elles la connexion entre le mécanisme locomoteur et le groupe générateur d'énergie n'est plus rigide, et le mé- canisme et le groupe ont, chacun, une commande propre et un réglage propre qui doivent être coordonnés entre eux.
Le machiniste de la locomotive, par conséquent, a un double problème à résoudre: celui de la conduite et du réglage de la locomotive et l'adaptation du groupe moteur aux exigences correspondantes.
Il est évident qu'en pratique il sera difficile pour le machiniste de s'approcher de l'état le plus favo- rable de coordination du point de vue économique et du fonc- tionnement des organes susdits, puisque le machiniste est absorbé par la conduite de la locomotive et par l'observation de la voie.
En outre, le service double est plutôt difficile et il en résulte un réglage imparfait.
Mais l'adaptation réciproque est particulièrement importante dans le cas de locomotives Diesel pneumatiques parce que, si la pression du groupe compresseur ne corres- pond pas à la consommation des cylindres de la locomotive, il en résulte ou des baisses de pression avec réduction con- séquente de la puissance développée si la pression est insuf- fisante, ou des échappements inutiles à travers les soupapes de sûreté si la pression est excessive.
La présente invention a pour objet un système de réglage automatique pour locomotives Diesel pneumatiques qui permet au machiniste de s'occuper uniquement de la conduite de la locomotive à l'aide d'un levier normal de renversement de marche qui, d'une façon connue, change aussi l'admission aux cylindres moteurs de la locomotive. L'adaptation de la pression du groupe compresseur a lieu, au contraire, automati-
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quement et sans que le machiniste soit obligé de s'en occuper.
Ainsi, la conduite de la locomotive Diesel pneuma- tique exige exactement le même service qu'une locomotive nor- male à vapeur.
La pression du compresseur peut être réglée de deux façons, soit en variant le nombre de tours, soit en variant l'aspiration des cylindres compresseurs. Cette dernière va- riation peut être obtenue soit en étranglant l'aspiration soit en excluant totalement ou partiellement la pression de certains cylindres (ce qui a lieu d'une façon connue, par exemple par soulèvement des soupapes d'aspiration pendant la phase de compression). Dans le cas présent le réglage par étranglement n'est pas intéressant, parce qu'il n'est pas économique.
Avant tout on doit régler la pression en variant le nombre de tours parce que cela garantit la plus grande éco- nomie. En effet la consommation spécifique des moteurs Diesel reste invariée en de vastes limites de nombre de tours si l'injection ne varie pas. Seulement lorsque la vitesse mini- mum de marche permise par le moteur a été atteinte, on effec- tuera, - si la pression était encore en excès, - le soulèvement successif des soupapes d'aspiration, ce qui comporte aussi le changement du couple dérivé du compresseur, et par conséquent un changement de l'injection dans le moteur avec une légère augmentation de la consommation spécifique.
Par le dispositif suivant la présente invention on atteint la graduation susdite requise par un système écono- mique de réglage.
Le principe général du présent réglage est le sui- vant : les organes qui déterminent le nombre de tours par une action sur le régulateur centrifuge du moteur, ou sur sa pompe
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de combustion, ou le soulèvement des soupapes d'aspiration de compresseur au moyen des dispositifs connus de ce genre, - sont actionnés par la pression d'un fluide en circulation continue (p.ex. de l'huile débitée par une petite pompe, ou de l'air comprimé).
La pression de ce fluide régulateur varie en dépen- dance de la pression de l'agent comprimé fourni par le groupe compresseur pour la transmission de l'énergie. Cette pression finale doit, par conséquent, être variable en d'étroites li- mites choisies, et les changements de pression sont transmis au fluide régulateur de façon à ce qu'à chaque valeur de la pression du gaz comprimé corresponde une valeur déterminée de la pression du fluide régulateur, et pour cela à toute charge du compresseur sera aussi coordonné un nombre déterminé de tours et d'insertions des soupapes d'aspiration.
Les figs. 1 à 3 représentent un cas de réalisation de l'idée générale, la fig. 1 étant une représentation sché- matique d'une locomotive Diesel pneumatique, munie du réglage, la fig. 2 une représentation schématique de l'ensemble du réglage et la fig. 3 un diagramme pour illustrer le fonction- nement du complexe en dépendance de la charge.
1, fig. 1, est le moteur Diesel accouplé directe- ment avec le compresseur 3 à l'aide du joint 2. L'air aspiré à travers les soupapes d'aspiration 4 est débité à travers les soupapes de charge 5 dans le collecteur 6 où l'air se peut saturer, surchauffer ou soumettre à tout au- tre traitement suivant le procédé fondamental de la locomo- tive ici envisagée. La conduite 7 mène le fluide de travail à travers la soupape principale 8 (analogue au "régulateur" des locomotives à vapeur) aux distributeurs 9 des cylindres 1
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locomoteurs 10 qui commandent les roues motrices. Le levier 11 sert pour le renversement de marche et pour la variation de l'admission.
La pompe 12 commandée par l'arbre moteur et, éventuellement, par un petit moteur propre fournit l'huile de réglage aspirée par le réservoir 13 à travers le tuyau 14 et débitée à travers une chambre d'air ou un collecteur de pression 15 et un tuyau 16 au bloc régulateur B d'où elle retourne au réservoir 13 par la tubulure 17. Du bloc B partent les connexions 18 (au régulateur centrifuge 20 du moteur) et 19 (aux soupapes d'aspiration 4).
Ces connexions représentent schématiquement l'action régulatrice du groupe compresseur sur la vitesse et sur l'aspiration. L'action régulatrice a lieu sous l'effet de la pression finale de la compression reportée au bloc B par la connexion 21 entre ledit bloc et le réservoir collecteur 6.
Dans la fig. 2, le "bloc régulateur B" de la fig.l est décomposé dans ses éléments de construction, et c'est avec référence à cette esquisse que son fonctionnement est décrit ci-après, et pour faciliter l'orientation peut servir l'exemple suivant:
Nombre de tours maximum du moteur: 480/min., mini- mum 240/min. Compresseur à deux cylindres à double effet, c'est-à-dire 4 côtés cylindre en fonctionnement, dont trois seront considérés comme assujettis au réglage automatique, le dernier côté restant toujours en fonction pour maintenir une charge légère et un renouvellement de l'air. Naturelle- ment, on peut aussi étendre, sans plus, le réglage automati- que à ce dernier côté ou prévoir pour lui un réglage à main pour pouvoir atteirldre la marche à vide.
Semblablement, en
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dehors du réglage automatique, on installera des commandes auxiliaires à main soit pour le régulateur centrifuge soit pour les soupapes d'aspiration,- dispositifs qui permettent, dans des cas exceptionnels, un réglage auxiliaire par le machiniste.
On aura donc la pleine charge avec les quatre côtés en puissance effective normale à 480 tours. En réduisant le nombre de tours jusqu'à 240 on aura demi-charge. Les charges les plus réduites doivent être atteintes en excluant les cô- tés cylindres du compresseur; en en excluant un, c'est-à-dire en travaillant avec trois on aura, à 240 tours, la charge: 3/4 x 1/2 = 3/8. Les charges intermédiaires entre 3/8 et µ sont obtenues par une variation correspondante du nombre de tours.
Les conditions diverses sont représentées par le tableau suivant :
EMI6.1
<tb> Côtés <SEP> cylindre
<tb>
<tb> Charge <SEP> en <SEP> pleine <SEP> efficience <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> tours.
<tb>
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1/1 <SEP> 4 <SEP> 480
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<tb>
<tb>
<tb> 1/2 <SEP> 4 <SEP> 240
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<tb>
<tb>
<tb> 1/2 <SEP> 3 <SEP> 320
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3/8 <SEP> 3 <SEP> 240
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3/8 <SEP> 2 <SEP> 360
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/4 <SEP> 2 <SEP> 240
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/ <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 480
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/8 <SEP> 1 <SEP> 240
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 240
<tb>
On suppose., en outre, que soit admise la variation de la pression finale de compression (en moyenne à 15 atm. eff.) entre les limites de 14 à 16 atm., et que, comme va- riation correspondante du fluide régulateur (huile, dans le
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cas envisagé) soient choisies les limites de 5 à 1 atm. eff.
Dans la fig. 2 les chiffres de 1 à 20 ont le même sens que dans la fig. 1. Commençons par considérer le cas de pleine charge comme état de régime. Dans ce cas dans le réservoir collecteur 6 il y a de l'air comprimé, la pression étant de 14 atm., et cette pression agit à travers la condui- te 21 sur le diaphragme 50 du régulateur de pression 49. Le diaphragme commande, à l'aide d'une tige 51, une soupape 52 (ou un robinet ou tiroir, ou autre organe équivalent) insé- rée dans la conduite principale 16 du fluide régulateur (huile), de façon à ce que, dans le cas envisagé, cette con- duite soit largement ouverte et que la pression en elle soit réglée à 1 atm. eff. Cette pression agit:
1 ) à travers la conduite 18 sur un servo-moteur 22 qui influence le régulateur centrifuge.
La circulation continue à travers ce servo-moteur peut être réglée par la petite soupape de mise-au-point 28 placée sur la conduite de retour 27 de l'huile, conduite qui ramène l'huile au ré- servoir 13;
2 ) à travers les conduites 29 sur les relais 30 qui commandent les dispositifs pour le soulèvement des sou- papes d'aspiration des compresseurs.
Dans le cas considéré, à la pression d'une atm. de l'huile les relais 30, par l'action de leurs ressorts 33, se trouvent dans les positions les plus basses, visibles dans la fige 2. Dans cette position le petit piston 41 fixé sur la tige 40 des relais se trouve dans la position illus- trée, en mettant en communication les conduites 19 avec l'atmosphère à travers les ouvertures 42. Dans les petits
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cylindres 45 du dispositif pour le soulèvement des soupapes d'aspiration il n'y a donc pas de pression, et le ressort 47 de ce dispositif tient hors d'action la fourche 48, et par conséquent les soupapes d'aspiration du compresseur ac- complissent leur jeu normal. Tous les côtés cylindres sont en pleine efficience.
En même temps la même pression d'l atm. de l'huile agit sur le piston 23 du servo-moteur 22 relié au régulateur centrifuge, et le ressort 24 est réglé de façon que, à cette pression, le piston 23 se trouve dans la position la plus basse, et que le levier 25 charge le ressort 26 du régulateur centrifuge 20. A cette charge maximum de régime, c'est-à-dire 480 tours par minute dans le cas présent, correspond de façon connue la vitesse maximum de régime.
Le cas considéré représente donc la charge maximum du moto-compresseur, tous les cylindres compresseurs étant en pleine puissance effective au nombre de tours maximum.
Supposons maintenant que la charge soit réduite, alors la consommation d'air comprimé dans les cylindres de la locomotive diminuera et, par conséquent, la pression dans le réservoir 6 tendra à augmenter.
La pression augmentée est transmise, à travers 21,- au régulateur de pression 49 en y augmentant la flexion du diaphragme 50, avec étranglement conséquent de la conduite 16. La pression de l'huile augmente donc également, et tant les pistons 31 des relais 30 que le piston 23 du servo-moteur 22 se déplacent en haut.
Au déplacement du piston 23 correspond un mouvement du levier 25 avec décharge correspondante du ressort 26 du - --
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régulateur centrifuge 20. On aura donc, comme premier effet, une réduction du nombre de tours.
Supposons que la construction des éléments en con- sidération et leur mise au point (spécialement déterminée par le réglage des différents ressorts insérés) soit telle que, à demi-charge, le régime soit établi à 14,5 atm. dans le réservoir 6, et à 2 atm. dans le courant 16 de l'huile servant au réglage.
A cette pression les pistons 31 n'ouvrent pas en- core, c'est-à-dire que les relais n'entrent pas encore en fonction(ce qui dépend exclusivement de la tension des res- sorts 33) tandis que le ressort 24 du servo-moteur 22 permet que, à cette pression de l'huile, le piston 23 se trouve dans la position la plus élevée, à laquelle correspond le nombre de tours minimum (240 min.)
On a donc le cas: demi-charge avec tous les cylin- dres en action, mais à 240 tours.
Comme il a été exposé ci-dessus, la réduction ul- térieure de la charge doit provoquer la réduction des cô- tés-cylindres actifs. En effet, si la charge diminue encore, c'est-à-dire si la pression de l'air comprimé tend encore à l'augmentation, et surpasse la valeur de 14,5 atm. dans le réservoir 6, le régulateur de pression 49 provoque un mouve- ment d'étranglement ultérieur de la soupape 52 dans la con- duite 16, et la pression de l'huile de réglage surpasse la valeur de 2 atm.
Le ressort 33 du premier relais 1 est réglé de façon à ce qae, à 2 atm. son piston 31 ait déjà atteint le bord- limite supérieur, et le mouvement ultérieur permettra l'accès
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de l'huile sous le piston différentiel 32 qui est relié au piston 31. Cet effet donne lieu, d'une façon connue, à une augmentation instantanée de la force agissant sur le piston 31-32 lequel, sur le coup, se déplace d'une certaine distance vers le haut.
Le mouvement du piston 31-32 est transmis, à l'aide de la tige 40, au petit piston 41 qui, en se déplaçant vers le haut, ferme l'ouverture 42 (communication avec l'atmos- phère) et met en communication les conduites 19 et 43. Cette dernière conduite est dérivée du réservoir principal 6 de l'air comprimé qui agit, par conséquent, après que le mouve- ment décrit a eu lieu, sur le petit piston 46 du cylindre 45 en poussant la fourche 48 contre la soupape d'aspiration 4 qui, de cette manière, est soulevée, et son côté de cylin- dre est exclu de l'alimentation d'air comprimé.
On a donc le soulèvement, dans le moment voulu, d'une soupape d'aspiration, mais, comme on déduit aussi du tableau ci-dessus, ceci mènerait à un saut de variation dans la charge si l'exclusion d'un côté cylindre n'était pas ac- compagnée d'une correction correspondante du nombre de tours.
Le même tableau indique que, dans le cas de la mise hors service du premier côté-cylindre, l'augmentation de la vi- tesse est de 240 à 320 tours.
On doit donc provoquer une recharge correspondante du ressort 26 du régulateur centrifuge, c'est-à-dire un mou- vement simultané vers le bas du piston 23 du servo-moteur 22. Ce piston était déjà à 2 atm. dans sa position la plus élevée. Le retour d'un tiers de sa course n'a donc lieu que si la pression de l'huile est réduite de façon correspondante dans le servo-moteur 22.
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Cet effet est obtenu par étranglement dans la con- duite 18. En effet, le mouvement du piston 31-32 donne aussi accès à l'huile dans le cylindre 35 à travers la conduite 34. Le piston 36 se déplace de façon que le petit.piston 38 (relié rigidement à 36) étrangle la conduite 18 dans la mesure désirée et réglée par le contre-effet du ressort 37.
De cette façon l'équilibre suivant est établi: demi-charge, trois côtés cylindres actifs, 320 tours.
L'augmentation ultérieure de la pression de l'air comprimé à 6 (c'est-à-dire une réduction ultérieure de la charge) a pour effet l'augmentation correspondante de la pression de l'huile de réglage. Le relais I reste invarié, II et III n'entrent pas encore en action, mais le double piston 36-38 réouvre lentement la conduite 18, la pression de l'huile à 22 augmente et le nombre de tours,- de piston 23 du servo-moteur se déplaçant lentement, - est réduit de nouveau jusqu'à ce que, à 15 atm. dans le réservoir 6, avec pression correspondante de 3 atm. de l'huile, on ait trois cotés cylindres du compresseur en puissance effective norma- le à 240 tours, c'est-à-dire 3/8 de la charge maximum.
A ce moment le relais II entre en fonction. Les ef- fets sont analogues à ceux décrits pour le relais I. Un au- tre côté cylindre du compresseur est mis hors service, mais en même temps le nombre de tours est augmenté de 240 à 360 pour éviter le saut brusque dans la variation de la pression.
Les phases successives de ce fonctionnement sont réunies dans le tableau ci-dessous, et représentées gra- phiquement dans la fige 3 :
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EMI12.1
<tb> I <SEP> O <SEP> N <SEP> ''T-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'huile
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'air <SEP> dans <SEP> la.
<SEP> con- <SEP> dans <SEP> le <SEP> servo-moteur <SEP> Nombre <SEP> Côtés <SEP> com-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> comprimé <SEP> duite <SEP> princi- <SEP> du <SEP> régulateur <SEP> 22 <SEP> de <SEP> presseurs <SEP> Charge
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (en <SEP> 6) <SEP> pale <SEP> 16 <SEP> tours <SEP> en <SEP> efficien
<tb>
<tb>
<tb> ce <SEP> normale
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 14 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 480 <SEP> 4 <SEP> 1/1
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<tb>
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<tb> 14,5 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 240 <SEP> 4 <SEP> 1/2
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<tb>
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<tb> 14,
5 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2/3 <SEP> 320 <SEP> 3 <SEP> 1/2
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<tb>
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<tb> 15 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 240 <SEP> 3 <SEP> 3/8
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<tb> 15 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> 360 <SEP> 2 <SEP> 3/8
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<tb>
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<tb> 15,5 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 240 <SEP> 2 <SEP> 1/4
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<tb> 16 <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 240 <SEP> 1 <SEP> 1/8
<tb>
Le réglage décrit correspond, donc, parfaitement aux principes exposés, et détermine automatiquement, à toute charge donnée par la marche de la locomotive,
la condition la plus favorable du groupe-moteur-compresseur sans que le machiniste doive faire autre chose que penser à la conduite de la locomotive même. A toute charge (ou puissance développée) correspond, en régime, une pression dé- terminée de l'air comprimé et une position déterminée des éléments du système réglant.
Dans le cas de l'augmentation successive de la char- ge les phases décrites (avec les phénomènes correspondants provoqués dans le système régulateur) ont lieu de façon inverse avec l'augmentation successive du nombre de tours
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et mise en service des côtés actifs des cylindres compresseurs.
On obtient, d'une façon connue, la correspondance désirée des valeurs choisies (comme par exemple au tableau ci-dessus) en donnant des dimensions appropriées aux pistons et aux ressorts, et des profils appropriés aux organes d'é- tranglement (par exemple à 38 et 52).
La vitesse des mouvements régulateurs et un certain amortissement de ceux-ci peuvent être variés d'une façon connue par des robinets d'étranglement dans les conduites (par exemple 28 en 27, ou 44 en 21), ou avec le serrage des freins ou vannes (par exemple 53 pour le régulateur centrifu- ge). Comme il a été déj4 mentionné des conduites ou dériva- tions auxiliaires, des soupapes à main appropriées, etc. peu- vent être insérées de façon à permettre au conducteur d'é- tablir,- indépendamment du dispositif automatique,- les dif- férentes phases du procédé de réglage. De même, il faut prévoir des ouvertures ou décharges (non représentées dans la figure schématique) pour évacuer les fuites de l'huile (ou autre fluide régulateur employé) qui se produisent par exemple le long des différents pistons, etc.
Les ressorts prennent appui d'une façon connue contre des sièges dépla- çables permettant la mise au point et même les variations précédemment établies.
Pour des raisons constructives les relais et les organes connectés sur la conduite 18 seront préférable- ment réunis en un bloc avec le régulateur de pression (49- 50). Le collecteur 6 est muni de soupapes de sûreté ad hoc qui entrent en fonction lorsque le "régulateur" principal (8 dans la fig. 1) est fermé d'emblée, et le dispositif de réglage ne peut pas suivre les sauts brusques de la charge
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avec la rapidité nécessaire. Mais., comme on sait en hydrau- lique, on peut aussi combiner le "régulateur" avec une dé- charge auxiliaire "synchronique" de l'air comprimé commandé à l'aide d'une vanne qui s'ouvre pour peu de temps (et se ferme ensuite successivement et automatiquement) s'il y a des déplacements trop rapides dans la commande du dit régu- lateur.
De cette façon on évite les coups de pression et l'entrée en fonction des soupapes de sùreté pendant le ser- vice régulier.
Le levier 54 du régulateur centrifuge 20 agit d'une façon normale sur la pompe de combustible du moteur Diesel en conformant l'injection au moment de torsion et à la vites- se du moteur qui est déterminée au moyen du dispositif "ré- gulateur" sus-décrit.
Au lieu des relais sus-décrits on peut aussi employer d'autres' constructions adaptées au même but, et aussi agir directement sur la pompe de combustible du moteur Diesel, et cela contrairement au cas décrit d'action indirecte au moyen du régulateur centrifuge.
Dans le cas d'action directe, les mouvements du servo-moteur 22-23 et des relais sont transmis directement à ladite pompe pour varier l'injection du combustible dans les cylindres du moteur suivant le couple et le nombre de tours correspondant qui est déterminé par la position du servo-moteur 22-23',
Le système de réglage décrit est aussi applicable, sans plus, en employant d'autres dispositifs pour le réglage de la pression du compresseur, comme par exemple le soulè- vement des soupapes de refoulement, l'insertion des espaces auxiliaires nuisibles, etc.
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Il est aussi possible d'invertir les effets de la variation de pression dans le sens que, à la réduction de la charge corresponde la diminution de la pression du fluide régulateur. Dans ce cas il est suffisant de modifier la construction décrite de façon que les déplacements du ré- gulateur de pression 49-50 ouvrent, au lieu d'étrangler, l'écoulement. Il s'en suivra, sans dérogation, au principe décrit, des inversions correspondantes de fonctionnement et de construction dans le servo-moteur 22-23 et dans les relais servant pour la variation des côtés-cylindres similaires du compresseur, et pour la correction supplémentaire du nombre de tours.
- REVENDICATIONS - ---------------------------
1.- Système de réglage automatique pour locomotives Diesel à transmission pneumatique au moyen d'un mélange d'air comprimé et de vapeur d'eau, caractérisé.par ce que la conduite de la locomotive est effectuée d'une façon connue et indépendante à l'aide du levier de renversement de marche de la locomotive même, tandis que l'adaptation de la pression du groupe compresseur aux exigences des cy- lindres de la locomotive a lieu automatiquement en dépen- dance de la variation de la pression de l'agent de travail dans un collecteur disposé entre le compresseur et les cy- lindres de la locomotive.