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Procédé et appareil pour le démarrage de locomotives avec moteurs Diesel et liaison directe entre le moteur et l'axe de commande.
La présente invention se réfère au type de locomotives équipées avec moteur Diesel et liaison directe entre le moteur et les axes de commande et dans lesquelles le démarrage'est effectué à froid par combustion d'un mélange de combustible et d'air comprimé.
L'invention a pour objet un procédé permettant de conformer les processus de combustion à la vitesse croissante lors du démarrage et de transformer progressivement le fonctionnement à air comprimé et combustible combinés en un fonctionnement Diesel pur.
Le procédé est basé sur la constatation que, lors d'un fonctionnement avec combustible et air comprimé combinés, dans lequel on produit, durant une certaine partie de la course de travail du piston l'admission simultanée de l'air comprimé et du combustible, qu'on enflamme par l'entremise d'un dispositif d'allumage, il est
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nécessaire d'assurer au moteur un régime d'admission du combustible totalement différent de celui qui convient lorsque la marche s'effectue suivant le cycle Diesel pur. Pour obtenir une combustion normale d'un mélange d'air comprimé et d'un combustible, il est nécessaire que le combustible admis dans la totalité de l'air comprimé soit injecté aussi pulvérisé que possible mais avec un pouvoir percutant faible.
En tenant compte de ce que les premières combustions s'effectuent à une pression inférieure à la compression normale, un pouvoir percutant considérable aurait pour effet, qu'en raison de la faible résistance de l'air et de la faible vitesse du piston, le combustible serait rejeté avant sa combustion contre les parois du cylindre et qu'une partie non consommée coulerait alors le long de ces parois. Cette injection à forte pulvérisation et faible pouvoir percutant est p.expl. réalisée par l'entremise d'une tuyère à rainures hélicoïdales diffusant finement le combustible sous la faible pression d'injection.
De plus, la pression d'injection ne peut pas être trop élevée afin que la colonne de combustible, séjournant dans la conduite de connexion allant de la pompe à la tuyère d'injection, soit déchargée de toute pression afin d'éviter un écoulement tardif des quelques gouttelettes restant après l'admission et afin que cette colonne soit, avant toute injection, amenée à nouveau à la pression d'injection ce qui, en raison de la haute compressibilité de l'huile, exige un angle de manivelle d'autant plus grand, que la pression d'injection est grande.
Pendant la marche du moteur par combustion d'un mélange de combustible et d'air comprimé il n'est pas utile d'admettre le combustible sous la pression nécessaire, dans le cycle Diesel, pour assurer la diffusion du dit combustible dans la masse d'air contenue dans le cylindre, une pression moine considérable suffisant pour assurer le mélange des deux fluides dont les admissions s'effectuent simultanément et à proximité l'une de l'autre.
Dans les périodes de combustion Diesel normales sans ad-
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mission d'air comprimé, l'injection du combustible doit par contre avoir un.pouvoir percutant ou une puissance de pénétration qui dérive de la forme intérieure donnée de la chambre de combustion et qui doit être suffisamment grande pour que le combustible se repande dans tout le volume de la chambre à air remplie d'air inerte, afin d'assurer l'utilisation la plus favorable du combustible, et un faible excès d'air. Ce pouvoir percuteur élevé exige en général une pression d'injection plus élevée que celle qu'il est nécessaire d'utiliser pour les périodes de combustion à air comprimé.
Suivant l'invention on se sert donc de deux systèmes différents pour l'injection du combustible, savoir l'un applicable aux périodes de combustion à air comprimé qui répartit le combustible finement divisé avec une force percutrice plus faible et le second applicable à la marche,"Diesel" normale qui imprime au jet du combustible un pouvoir percutant plus considérable tout en n'exigeant qu'une dispersion moins prononcée. On combine avantageusement l'embrayage et le débrayage des deux systèmes de pompes à combustible avec le levier principal de commande qui détermine l'angle d'admission pour l'air comprimé et partant aussi pour la combustion à air comprimé.
La liaison de ces organes est effectuée de telle manière qu'à la mise en marche du moteur froid arrêté, dans lequel la combustion à air comprimé s'effectue suivant le plus grand angle de la manivelle - p.expl. à 1000 - on utilise seulement le premier système après le démarrage et en déplaçant davantage le levier de commande principal en rapport avec la vitesse progressive du moteur, on diminue l'angle d'admission pour l'air comprimé ainsi que l'angle d'injection du combustible jusqu'à un point déterminé du secteur au delà duquel le second système est mis en fonction.
Lors d'une diminution accentuée de l'angle d'admission de l'air comprimé, les deux systèmes continuent à fonctionner ensemble pendant que l'angle d'injection ou la quantité de combustible admis pour le premier système diminue de plus en plus alors que la quantité d'injection du second
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système continue à progresser, jusqu'à ce que pour une certaine vitesse de la locomotive fonctionnant suivant le cycle "Diesel" pur, on travaille encore avec la seule admission d'air que l'on supprime ensuite, période dans laquelle l'admission de l'air comprimé ainsi que le premier système de pompes à combustible peuvent être éliminés totalement.
Dans ce cas il faut cependant faire une réserve en ce sens qu'il est à recommander d'injecter encore, à chaque course, de petites quantités de combustible afin d'empêcher l'obturation des tuyères, et cela également lorsqu'on coupe l'arrivée de l'air comprimé par l'intermédiaire des tuyères du premier système d'admission du combustible.
Il faut en outre mentionner que le levier principal de commande ne détermine pas à lui seul la quantité d'air comprimé admise, mais qu'il est nécessaire d'utiliser en outre une valve d'étranglement d'air afin de proportionner d'une part la force de traction de la locomotive aux masses devant eubir une accélération, au nombre et au poids des waggons et de démarrer d'autre part - lors d'un grand angle d'admission d'air - avec une faible pression et de ne pousser la pression progressivement jusqu'à la pleine compression du fonctionnement "Diesel" que lors d'une diminution de l'angle d'admission d'air en rapport avec la vitesse progressive de la locomotive. Conformément à ce qui précède la compression de l'air aspiré dans le cylindre de travail est au début supprimée totalement ou en partie pour la faire agir à nouveau lorsque la vitesse de marche augmente.
Des motours à combustion à injection comprenant plusieurs tuyéreâ dans une chambre de combustion sont courants. Mais il s'agit alors de tuyères à combustible d'une construction et de conditions de fonctionnement identiques qui fonctionnent simultanément au delà d'une charge déterminée et qui ne fonctionnent qu'en partie au dessous de cette charge..
Au dessin annexé, donné à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un moteur, avec adaptation du nouveau système de démarrage
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a été représentée et à ce dessin:
Fig. 1 représente un diagramme de marche, Fig. 2 montre les pv-diagrammes,
Fig. 3 le schéma d'un cylindre.
Comme mentionné plus haut fig. 1 montre un diagramme de marche pendant la position des différents organes de distribution qui se trouvent sous la dépendance de la vitesse de marche progres- sive. Fig. 2 montre les pv-diagrammes appartenant aux différentes vitesses de la fig. l.-Fig. 3 enfin montre le dessin schématique d'un cylindre moteur, y compris les différents systèmes de pompes pour le combustible ainsi que les organes de distribution.
A la fig. 1, la ligne 1 représente l'ampleur de l'angle d'admission de l'air comprimé, mesuré sur le cercle décrit par la manivelle, à peu près à partir du point mort supérieur, commençant par 1000 à la vitesse initiale zéro et se terminant par 0 à la réalisation d'une vitesse-de 50 km/heure. La ligne 2 détermine la durée d'injection du combustible suivant le premier système d'injection, mesurée également en degré sur le cercle décrit par la manivelle. La durée est également de 100 à la vitesse initiale de zéro et elle se termine à peu près à 5 à une vitesse de 40 km/heure. L'angle de 5 est maintenu pendant toute la durée de marche afin d'éviter une obturation de la tuyère par la boue etc.
La ligne 3 montre la pression d.'admission de l'air comprimé qui est à peu près 15 atm. au démarrage zéro, et qui atteint 40 atm. pour une vitesse de 50 km/heure. La ligne 4 représente le commencement et la durée de la période d'injection du combustible selon la second système d'injection (Diesel).
Il ressort du diagramme que les lignes 1 et 2 montrent une inconstance lors d'une vitesse de 25 km/heure environ. Celle-ci a été prévue en raison de le, mise en oeuvre du second système d'injection.
La ligne 4 montre son point culiminant à 40 km/heure environ. A ce moment l'injection selon le premier système cesse en principe. Le fonctionnement "Diesel" pur s'établit durant les vitesses allant de 40 à 100 km/heure; ce fonctionnement n'a lieu que suivant le second
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système et entre les vitesses de 40 à 50 km avec admission d'air supplémentaire qui cesse ensuite. On suppose alors que le levier principal 57, fig. 3, ne sert pas seulement au contrôle de l'admis- sion de l'air comprimé, mais encore à la mise en fonction et hors fonction et au réglage des deux systèmes d'injection du combustible, de sorte que le réglage de l'admission du combustible durant une ,vitesse de 40 à 100 km/heure - durant laquelle l'air comprimé n'est plus admis - s'effectue également par l'entremise de ce levier prin- cipal.
Fig. 2 montre les diagrammes de travail de forme variable d'un moteur à deux temps, s'établissant avec le concours de la sou- pape de désaération et en dépendance de la vitesse croissante de la locomotive. La course du piston 5 est inscrite verticalement et per- pendiculairement à elle la pression existant dans le cylindre de travail. Dans la partie 6 de la course, le piston découvre les lu- mières d'échappement du cylindre. A la vitesse zéro, il n'y a plus de compression dans le cylindre. La combustion à air comprimé s'ef- fectue durant 2/3 de la course du piston, suivent alors une courte période d'expansion, l'échappement et le lavage.
A 10 km/heure on s'aperçoit déjà d'une faible compression débutant à peu près dans le dernier cinquième de la course du piston avant d'arriver à son point mort. L'admission de l'air comprimé s'effectue à une pression plus élevée conformément à l'ouverture plus grande de l'organe d'é- tranglement, mais la combustion à air comprimé s'effectue sur un par- cours plus court du piston (50% environ) pour être suivie d'une pé- riode d'expansion plus longue. A 30 km/heure la compression s'effec- tue déjà sur le dernier tiers de la course-dû piston. La combustion se fait avec la coopération des deux systèmes d'admission (suivant les lignes 2 et 4 du diagramme, fige 1) ce qui ressort de la pointe saillante de la pression au début de la course motrice indiquée au diagramme.
A 40 km/heure le second système d'admission de combustible (ligne 4, fig. 1) et l'air comprimé agissent seuls utilement. Le diagramme de travail décèle alors la pleine tension de compression
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et la combustion "Diesel". A 80 km/heure on obtient un diagramme "Diesel" pur sans le concours d'air comprimé, qui montre une admis- sion plus faible et une superficie plus petite.
Suivant la fige ,3 qui représente le schéma d'un moteur,
2 désigne le cylindre de travail, 3 le piston à son point mort supé- rieur. Dans la culasse est logé un dispositif d'allumage électrique
5. Cette culasse contient en plus la soupape d'admission 6 du com- bustible pour la mise en marche, la soupape d'admission 7 pour le fonctionnement "Diesel" normal et enfin les soupapes de démarrage à air comprimé 8 et de désaération 9. L'aiguille 10 de la soupape 6 est appliquée sur son siège par l'entremise d'un ressort 12. L'ai- guille se termine par une pointe munie de rainures hélicoidales qui assurent une pulvérisation poussée du combustible. La soupape s'ouvre de la manière courante sous l'effet de la pression du combustible refoulé dans la conduite 15 par la pompe 14. La soupape 7 est alimen- tée par la pompe 16 et la conduite 17.
Le ressort 18 appuyant sur l'aiguille est plus dur que celui de la soupape 6. Les deux pompes ainsi que la soupape à air comprimé 8 sont actionnées par l'entremise de cames inclinées 19,20,21 susceptibles d'être déplacées axialement sur l'arbre commun 18', commandé par l'arbre coudé, non représenté, par l'entremise de roues dentées 22 et 23. L'arbre 18' tourne dans les paliers 24 et 25. Dans le support 32 sont fixés les axes 29,30 et 31 sur lesquels oscillent les leviers d'angle 26,27 et 28. La course du piston 33 de la pompe à combustible 14 varie suivant la hauteur de la came inclinée 19.
Les cames sont façonnées de telle sorte que le piston commence à débiter par l'entremise de la valve à compression 37 lorsque le piston moteur 3 se trouve à peu près à son point mort supérieur et qu'il achève sa course d'autant plus tard, que la came le commande par un point élevé de son profil.
Le ressort 34 agissant sur le piston assure l'aspiration par le canal 35 et la soupape 36. La pompe 16 agit de la même façon. Le piston 39 est actionné par la came 20 et la course d'aspiration se fait par l'entremise du ressort 38. La pompe est munie d'un canal d'aspiration
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40, d'une valve d'aspiration 70 et d'une valve de refoulement 42.
La came 21 commande la soupape à air comprimé 8 par l'en- tremise de la tige 44 et du levier coudé 45, , l'encontre de l'action du ressort 43. Cette came ressemble à celle 19, c'est-à-dire que le moment de l'ouverture correspond toujours à peu près à la même posi- tion de la manivelle. La durée d'ouverture et la fermeture de la sou- pape sont variables. L'air comprimé arrivant du récipient 46 par la conduite 47, la valve rotative 48 et le tuyau 49 est amène à la sou- pape 8. La valve 48 a pour objet d'étrangler l'air comprimé au début du démarrage et de faire croître progressivement cette pression pen- dant l'accélération de la machine comme l'indique la ligne ? du dia- gramme de la fig. 1. Cette valve est commandée par le levier à main 52.
La valve de désaération 9 est maintenue ouverte par l'en- tremise du ressort 50. La chambre de combustion communique ainsi par le canal 51 avec l'atmosphère. Lorsque le piston moteur 3 n'avance que lentement lors du démarrage, l'air s'échappant ne produit pas la fermeture de la soupape 9. C'est seulement l'air comprimé, entrant au point mort qui augmente subitement la pression à l'intérieur du cylindre qui ferme immédiatement la soupape 9. Mais dès que la vites- se du moteur augmente, l'air expulsé ferme la soupape 9 à l'encontre de l'action du ressort 50. La fermeture se fait d'autant plus tôt, que la vitesse du moteur est grande car avec une vitesse croissante le piston atteint toujours plus rapidement la vitesse nécessaire après avoir dépassé son point mort inférieur.
De cette façon la compression totale est donc réglée automatiquement et dépend de la vitesse du moteur. La valve automatique peut naturellement être remplacée par une valve commandée.
Dans le bas de la fig. 3 est représentée une roue dentée 53 avec laquelle engrène le serment denté 54. Ces deux organes sont pla- cés sur les axes 55,56. Le segment 54 est commandé par le levier à main 57. Le bouton 58 du levier à main est relié par l'entremise de la tringle 61 au levier d'angle 28 destiné à commander la soupape de démarrage par air comprimé. La roue dentée 53 est munie d'un levier
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à deux bras 59,61. Le bouton 62 du bras supérieur 61 est relié par l'intermédiare d'une tringle 64 au bouton 63 du levier coudé 27, de même que le bouton 65 du bras inférieur 59 est relié par la tige 66 au bouton 68 du levier d'angle 26. Trois positions des leviers 57, 59 et 61 ont été représentées en traits mixtes et désignées par les chiffres concordants : 0, 50 et 100.
Ceux-ci désignent approximativement les vitesses de marche de la locomotive. Si en partant de 0 lors du démarrage, on abaisse le levier 57 lentement de sorte que la vitesse réelle de la machine concorde à peu près avec les chiffres de l'échelle 69 du levier 57, on fait fonctionner les pompes à combustible 14, 16 et la valve à air comprimé 8 à peu près suivant les indications de la fig. 1. Le mécanisme de réglage a été dessiné dans la position correspondant à une vitesse de marche de 50 Ion/heure.
La tringle 44 de la valve 8 ne se trouve à ce moment pas en contact avec la came inclinée 21. La pompe 14 ne refoule que très peu de combustible, juste assez pour empêcher l'obturation de la tuyère 6. La came 20 fournit à peu près le maximum de débit. Un abaissement supplémentaire du levier 57 ne ferait que diminuer le débit de la pompe 16.
Le mécanisme de réglage peut naturellement aussi être mis au point d'une autre manière qu'en concordance avec la vitesse indiquée par rapport à la vitesse réelle. L'échelle ne fait qu'indiquer un réglage avantageux pour le démarrage et l'accélération dans des conditions normales. On peut, p.expl. dans une rampe, après avoir atteint la vitesse de marche maxima, ramener le levier 57 à la position correspondant à la combustion à air comprimé de sorte qu'on obtient une force de traction supérieure.