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Commande de distribution par soupapes.
La présente invention a pour objet une commande de dis- tribution convenant spécialement à la réalisation d'un moteur à vapeur susceptible de fonctionner à grande vitesse. Cette distribution est une distribution par soupape dont les avantages sur les tiroirs sont bien connus des techniciens mais dont l'em- ploi n'est pas sans difficultés. Les diverses solutions adoptées pour la commande des soupapes ont été jusqu'ici des solutions mécaniques qui ne se sont pas montrées entièrement satisfaisantes.
On a déjà envisagé l'utilisation, dans les moteurs à vapeur, de soupapes suffisamment larges pour constituer vis-à-vis du cylindre un fond mobile; pour une très faible levée, ces soupapes offrent une large section de passage à la vapeur. On peut dès lors s'arranger de telle sorte que la vapeur de la boite à vapeur passe aux cylindres sans subir de changement de direc- tion ni de laminage appréciables, ce qui est d'importance capitale dans la réalisation de moteurs susoeptibles de fonctionner à grande vitesse avec un bon rendement. L'invention s'applique avec
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un intérêt particulier aux soupapes de ce genre mais, bien entendu, elle n'est pas limitée à cette utilisation.
Dans les recherches qui ont abouti à la conception de la présente invention, la Société demanderesse s'est orientée vers la réalisation d'un relais à fluide grâce auquel les organes commandés mécaniquement ont beaucoup moins à souffrir des brus- ques et rapides variations des efforts d'entraînement que s'ils attaquaient directement les soupapes. Deplus, elle a cherché à exécuter et à disposer le relais de façon telle que les fuites de fluide auxiliaire, loin d'être préjudiciables et, partant, d'être à éviter, soient, au contraire, profitables à la bonne marche du moteur.
La particularité essentielle de l'invention est la suivante : chaque soupape est actionnée par un piston qui en est, de préférence, solidaire et qui, au moins pour un sens de dépla- cement, reçoit sur l'une de ses faces un fluide sous une pression convenable par l'intermédiaire d'un petit distributeur auxiliaire entraîné mécaniquement. Le distributeur auxiliaire peut être un tiroir commandé impérativement par un arbre à cames, les cames de ce dernier ayant un profil variable grâce à quoi l'on peut, par exemple par déplacement longitudinal de l'arbre, régler le temps d'ouverture de la soupape. Ce distributeur peut aussi consister en un arbre creux jouant le rôle de valve rotative et pouvant, lui aussi, coulisser en vue du réglage déjà mentionné.
En pratique, si l'on suppose l'invention appliquée à un moteur à vapeur polycylindrique, les organes de commande communs à plusieurs cylindres alignés sont noyés dans le fluide et l'arbre précité, qu'il soit creux ou qu'il porte des cames, est lui-même commun aux diverses soupapes.
On réalise ainsi une transmission souple et rapide
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frottements très minimes et de faibles efforts d'accélération puisque les commandes mécaniques n'ont à mettre en mouvement que des pistons distributeurs de masse peu importante et à course très petite ou même que ces commandes peuvent être réduites à un arbre distributeur en mouvement de rotation.
Le fluide sous pression peut être un lubrifiant dont les fuites seront utilisées pour lubrifier des organes autres que les organes coopérant à la distribution.
La description qu va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La fig. 1 représente, en coupe, un moteur conforme à l'invention.
La fig. 2 représente une autre forme de realisation, égale. ment en coupe.
La fig. 3 est une vue partielle, en plan, à plus grande échelle, de l'arbre 26 de la fig. 1.
La fig. 4 est de même une vue partielle en plan de l'arbre 30 de la fig. 2.
La fig. 5 est une coupe par V-V de la fig. 4 .
Le moteur à vapeur que montre la fig. 1 comporte une chemise 1 dans laquelle se meut un piston, non représenté; l'admis- sion se fait par le fond du cylindre qui est, en principe, constitua par une soupape 2 ; l'échappement de la vapeur se fait par des lumières 3 ménagées dans la chemise 1. Une enveloppe 4, qui peut- être commune à plusieurs cylindres alignés, entoure la chemise et en est séparée par une chemise 5 de vapeur d'échappement.
Les organes de distribution sont logés dans une enveloppe 6 qui constitue en même temps un réservoir d'huile sous pression et qui, comme l'enveloppe 4, peut être commune à plusieurs cylin- dres alignés. La chemise 1 est fixée dans cette enveloppe 6. La
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soupape 2 est solidaire, par une tige 7, d'un piston 8 logé dans un cylindre 9 dont les extrémités sont en communication, par les canaux 10 et 11, avec un cylindre 12 ; dans ce dernier se meut un piston distributeur du fluide de commande, fluide que l'on supposera être de l'huile sous pression; l'huile emplit la cavité 14 ménagée dans l'enveloppe 6.
Les extrémités du cylindre 12 sont en communication avec la cavité 14 d'une part directement et, d'autre part, par un canal 15. Le cylindre 12 est encore en communication, par un canal 16, avec une conduite d'évacuation 17 ménagée dans la masse de l'enveloppe 6. Le piston 13 constitue un tiroir de distribution cylindrique à admission par les arêtes externes et échappement par les arêtes internes ; il comporte deux parties larges 18 et 19 réunies par une partie mince 20 ; il est solidaire d'un cadre ou collier 21 portant des galets 22 et 23 dont il va être parlé.
Le cadre est traversé par un arbre à cames 26 portant une came 27 qui agit sur le cadre 21 par l'intermédiaire du galet 23. La came 27 est de profil variable en ce sens que des sections voisines faites parallèlement au plan du dessin diffèrent progres- sivement entre elles de façon que, lorsqu'on déplace la came avec son arbre 26 dans le sens longitudinal de l'arbre, le développement de la partie active de la came 27 varie graduellement de longueur.
Comme cette came sert à provoquer l'ouverture de la soupape de vapeur 2, on peut ainsi obtenir des durées d'ouverture de cette soupape variant progressivement entre le minimum et le maximum que l'on s'est imposés.
Le galet 22 n'est pas dans le même plan que le galet 23, de manière qu'il ne roule jamais sur la came 27.
Il est bien entendu qu'il peut y avoir plusieurs galets 22 et plusieurs galets 23 pour une même soupape de vapeur 2, de
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supposer, dans le cas de la figure, que le galet 23 est unique et a son plan médian transversal dans le plan médian du piston 13 et qu'il existe deux galets 22 disposés symétriquement par rapport à ce même plan médian.
L'arbre 26 porte une came 28 ou deux cames semblables convenablement disposées (fig. 3)aioomme on l'a supposé; il y a deux galets 22 pour une soupape de vapeur. Cette aame 28 est oomplémen- taire de la came 27 et vient en prise avec le galet 22 dès que la came 27 abandonne le galet 23.
Lorsque le galet 23 roule sur la came 27,le piston est dans la position haute représentée sur le dessin; l'huile sous pression passe de la cavité 14, par le canal 15, sous le piston distributeur 13 et emprunte ensuite le canal 10 pour se rendre au-dessus de la face supérieure du piston 8 ; elledétermine et maintient la fermetute de la soupape 2; pendant ce temps, la face inférieure du piston 8 est à l'échappement par le canal 11, le cylindre 12, le canal 16 et la conduite d'évacuation d'huile 17.
Au contraire, quand le galet 22 roule sur la came 28 pour détermi- ner l'abaissement du cadre 21 et du piston distributeur 13, c'est la face inférieure du piston 8 qui est soumise à l'action de l'huilesous pression, tandis que sa face supérieure est à l'échap- pement.
Il va de soi que la came 28 est à profil variable comme la came 27,de façon que son développement, le long de la ligne de contact avec le galet 22, soit toujours le complément du développe- ment de la came 27 le long de la ligne de contact avec le galet 23.
La mise à l'échappement d'une des faces du piston 8 correspond donc toujours exactement à la mise sous pression de son autre face et vice-versa.
Dans la fig. 2, on retrouve la chemise de cylindre 1, la soupape 2 et son siège 24, les lumières d'échappement 3, l'enveloppe
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de cylindre 4, la chemise de vapeur 5, la chambre de vapeur 25 et l'enveloppe 6, mais celle-ci a une forme différente.
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La soupape 2 est encore reliée, par une tige 7,à un piston 8 logé dans un cylindre 9, fermé vers le haut par un fond rapporté 29. Mais, dans ce cas, l'arbre 30 est creux, il tourne en synchronisme avec le mouvement du piston moteur 36 et e'est lui qui provoque l'admission d'huile sous pression alternativement sur l'une et l'autre face du piston 8, de même que son évacuation,sans l'intermédiaire d'un piston distributeur. A cet effet, l'huile sous pression arrive par la cavité centrale 31 de l'arbre 30 et celui-ci porte une ouverture 32 qui, à chaque révolution, passe en regard d'un canal 33 conduisant l'huile sous le piston 8 dans le cylindre 9 pendant un temps bref, suffisant pour déterminer la levee de la soupape 2.
Ensuite, l'arbre 30 présente une cavité 34 située dans un autre plan que la cavité 32; la cavité 34 correspond à un con- duit semblable au conduit 33 mais situé aussi dans un autre plan.
Par l'intermédiaire de cette cavité 34, l'arbre met le second con- duit en communication, par le canal 35, avec un conduit d'evacua-
38 tion @ménage dans la masse de l'enveloppe 6.
La forme de l'ouverture 32 et de la cavité 34 et leur disposition par rapport au conduit allant au cylindre 9 sont telles qu'en déplaçant l'arbre 30 longitudinalement, on fait varier pro- gressivement la durée de l'ouverture à l'échappement de l'huile, de sorte que les temps d'admission de vapeur de la chambre 25 dans le cylindre 1 varient aussi progressivement entre le minimum et le maximum qu'on s'est fixés.
Le même arbre 30 peut porter, à des endroits différents, d'autres ouvertures et cavités qui correspondent à d'autres con- duits débouchant, ceux-ci, à la partie supérieure du cylindre 9 et
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situées, -par rannort à 1 Tnnvart"rc <:10 ex i ^ --..--s -= ^ .
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convenable pour provoquer l'abaissement du piston 8 et de la soupape 2 lorsque la partie inférieure au cylindre 9 est reliée à l'échappement d' huile .
Toutefois, et ceci constitue une autre variante de l'invention qui a été représentée sur la fig. 2, le haut du cylindre 9 peut être mis en communication avec l'atmosphère par un conduit 37 ménagé dans son fond 29, la pression de vapeur qui règne dans la chambre 25 et la perte de charge de la vapeur à son entrée dans le cylindre 1 étant suffisantes pour déterminer l'abaissement du piston 8 et de la soupape 2, lorsque la partie inférieure du cylindre 9 est ouverte à l'échappement d'huile.
L'effort nécessaire pour soulever la soupape n'étant que la différence entre la pression d'admission et la contre- pression dans le cylindre, à fond de course du piston moteur, la pression de l'huile peut être inférieure à celle de la vapeur; toutefois, on la rend de préférence supérieure à la pression de la vapeur, afin que les fuites d'huile autour de la tige de la soupape servent à lubrifier le piston moteur par entraînement au moyen de la vapeur ; que ce résultat soit sûrement atteint, on pourra même donner volontairement à ces fuites une importance déterminée.
Les cames ou les conduits mobiles qui permettent de faire varier la durée de l'admission de vapeur sont, en chacune de leurs seotions transversales, orientés sur leurs arbres de telle manière que non seulement la durée de l'admission, mais encore l'instant où celle-ci commence, peuvent varier, par rapport à la course du piston moteur, selon une loi qu'on s'est imposée à l'avance.
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications de détail au moteur qui vient d'être décrit sans que pour cela on sorte nécessairement du cadre de l'invention. Ainsi, il n'est
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pas indispensable que la soupape 2 constitue le fond du cylindre à vapeur. Les applications de l'invention ne sont pas restreintes au cas des soupapes d'admission de vapeur ; elles peuvent être éten- dues aux soupapes d'échappement.