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MÉMOIRE DESCRIPTIF'
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements aux locomotives Diesel à transmission directe, avec moteur suralimenté automatiquement en cas de réduction de vitesse.
On sait que, dans les locomotives du type Diesel, où le moteur transmet l'énergie directement aux essieux mo- teurs, la puissance doit rester constante même lorsque la vitesse diminue jusqu'au tiers ou même au quart de la vitesse normale de la locomotive.
La présente invention a,pour objet un dispositif permettant d'assurer, dans une locomotive Diesel du type men- tionné, la suralimentation automatique des moteurs, de façon à en maintenir la puissance totale pratiquement invariable, notamment lorsque la vitesse diminue au point que le nombre
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de tours des roues tombe au quart du nombre de tours normal.
Suivant l'invention, on atteint ce résultat en fournissant au moteur Diesel un excès d'air dont la quantité augmente à mesure que la vitesse du moteur diminue, de sorte que la quantité d'air additionnel admis dans le cylindre à chaque course du piston est d'autant plus grande que la réduction de la vitesse est plus grande, et revient à zéro lorsque la vitesse de la locomotive atteint une certaine valeur normale ; la vitesse de la locomotive augmente au point de dépasser cette vitesse normale, l'air additionnel agit, dans le cylindre, simplement comme air de balayage et arrive dans le cylindre pendant l'ouverture des lumières d'échappement.
L'invention prévoit aussi l'utilisation des pompes fournissant au moteur l'air de balayage,comme moteurs à air comprimé, et ce non seulement pendant la courte période de démarrage du moteur, ce qui est déjà connu, mais aussi pendant la marche normale de la locomotive, de sorte que ces pompes constituent des moteurs auxiliaires pour le moteur Diesel, pendant que ce dernier est suralimenté lors des ralentissements de la locomotive.
Pendant que les pompes fonctionnent ainsi comme moteurs, l'air qu'elles débitent et qui sert aussi d'air de balayage, arrive au moteur Diesel fortement refroidi et y assure un refroidissement intense et efficace qui s'ajoute au refroidissement par circulation d'eau. On assure ainsi un refroidissement efficace du moteur surchargé dans lequel la circulation d'eau seule serait ihsuffisante.
Le dispositif assurant automatiquement la suralimentation variable mentionnée ci-dessus, est actionné par les essieux de la locomotive, par l'intermédiaire d'un régulateur centrifuge qui commande la position d'un distributeur réglable, ce dernier pouvant consister en une soupape rotative qui
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admet aux cylindres du moteur l'air venant d'un ventilateur actionné par un moteur auxiliaire.
Selon la position de cette soupape et la vitesse de la locomotive, l'air admis par ce distributeur ou soupape entre dans le cylindre en le suralimentant si la locomotive marche à vitesse réduite, et en faisant fournir par le cylindre une puissance accrue en rapport avec l'excès d'air admis ; quand la vitesse de la locomotive augmente, la position du distributeur est automatiquement modifiée par le régulateur centrifuge déjà mentionné, jusqu'à ce que la suralimentation cesse, après quoi, au-delà d'une certaine vitesse donnée, l'air admis par le distributeur sert uniquement d'air de balayage dans le cylindre.
Le régulateur centrifuge d'air, précédemment décrit, permet aussi de régler automatiquement l'admission de combustible au moteur.
Le dispositif suivant l'invention peut présenter des formes très variées; une forme de réalisation est représentée, à titre d'exemple, sur les dessins annexés dans lesquels:
Fig. 1 montre schématiquement, en élévation de côté, la forme générale d'une locomotive comportant le dispositif suivant l'invention.
Fig. 2 montre, en coupe longitudinale, le cylindre du moteur à combustion interne et ses connexions avec le ventilateur de suralimentation, ainsi que la soupape distributrice d'air qui, dans la construction suivant la Fig. l, est une soupape rotative, et est montrée dans la position correspondant à la marche au ralenti de la locomotive.
Fig. 3 est une coupe longitudinale du cylindre moteur et de la soupape distributrice rotative, dans leur position correspondant à la marche rapide de la locomotive.
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Sur les différentes figures, les mêmes chiffres de référence désignent des parties semblables.
Sur la Fig. 1, 1 est le cylindre d'un moteur à combustion interne qui travaille suivant le cycle du moteur Diesel à deux temps,et dont le piston 2 est relié aux essieux moteurs de la locomotive par une bielle 3. 4 est un distributeur d'air qui, dans l'exemple représenté, est une soupape rotative en forme de carotte de robinet et commande les lumières d'admission 5 du cylindre 1 (Figs. 2 et 3) - 6 est un tuyau qui conduit vers le moteur, à travers les lumières 17, l'air de balayage fourni par les pompes à piston 7 (Fig. 1), aétionnées par les roues de la locomotive auxquelles elles sont reliées de la façon usuelle dans les cylindres des locomotives à vapeur. 8 est un moteur Diesel auxiliaire indépendant des roues de la locomotive et actionnant un compresseur 9 qui comprime l'air dans le réservoir 10.
De ce réservoir 10, un tuyau 11 conduit l'air comprimé vers les pompes 7 lorsque celles-ci servent de moteurs à air comprimé au moment du démarrage de la locomotive, tant en marche avant qu'en marche arrière. L'entrée de ce tuyau peut être obturée par un régulateur 21 et dans ce cas, quand la locomotive marche à la vitesse normale, ses roues actionnant les pompes, celles-ci aspirent de l'air de l'extérieur, à travers une soupape 23 s'ouvrant vers l'intérieur, et fixée sur le tuyau 11 ou en tout autre endroit approprié. Dans tous les cas, l'air débité par les pompes.après y avoir été comprimé, est aspiré de l'extérieur et, après détente à la sortie du réservoir 10, il arrive, par le tube 6, au moteur Diesel 1 pour y être utilisé de la façon décrite ci-après.
En plus du compresseur 9, le moteur 8 entraîne, par l'intermédiaire d'un engrenage multiplicateur de vitesse 12
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et d'un accouplement à friction 13, un turbo-ventilateur 14 qui fournit de l'air au cylindre 1 du moteur, à travers le tuyau 15 muni d'un clapet de retenue 16 (Figs 2 et 3).
Les figures 2 et 3 représentent en coupe, à une échelle plus grande, le cylindre 1 et le piston 2 du moteur à deux temps, ainsi que le distributeur qui est représenté sous forme d'une soupape rotative 4 commandant les lumières d'admission d'air du moteur, les deux figures montrant les positions de la soupape pour la marche ralentie et la marche rapide de la locomotive, respectivement...17 et 5 sont, respectivement, les lumières de balayage et d'admission d'air, tandis que 18 désigne la lumière d'échappement du moteur. La soupape rotative 4 commande les lumières d'admission 5 et est reliée à un régulateur rotatif non représenté, actionné par les roues motrices de la locomotive.
L'air débité par les pompes 7 à travers le tuyau 6 parvient dans la chambre 19 et, lorsque le piston 2 découvre les lumières 17, il pénètre dans le cylindre du moteur 1 en vue du balayage.
L'excès d'air fourni au cylindre du moteur 1 par le turbo-ventilateur 14 parvient, à travers le clapet 16, dans la chambre 20 (Figs. 2 et 3) et est ensuite admis, par la soupape rotative 4, au cylindre du moteur 1. Les lumières d'admission 5 sont obturées par le piston 2 après que celui-ci a fermé les lumières d'échappement 18.
Le dispositif décrit fonctionne de la façon suivante:
Le moteur Diesel auxiliaire 8 est mis en marche par un moteur électrique ou tout autre dispositif de démarrage, et l'air comprimé fourni par le compresseur 9 actionné par le moteur 8 est amené aux pompes de balayage 7, en passant par le réservoir 10 et le tuyau 11, ce qui se fait en
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ouvrant le régulateur 21 qui établit une communication entre le réservoir et les pompes de balayage 7. Celles-ci qui dans ces conditions, travaillent comme moteurs à air comprimé, étant reliées aux roues de la locomotive, la mettent en marche et font fonctionner le ou les cylindres 1 qui reçoivent l'air de ces pompes 7.
Lorsque, après le démarrage du moteur principal, la locomotive atteint sa vitesse normale, on supprime l'arrivée d'air comprimé aux pompes 7, en agissant sur le régulateur 21; les pompes ne fonctionnent donc plus comme moteurs à air comprimé mais, en aspirant de l'air à travers la soupape 23, elles recommencent à fonctionner normalement comme pompes à air de balayage actionnées par les roues de la locomotive.
Ce double fonctionnement des pompes de balayage qui, étant couplées aux roues de la locomotive, peuvent contribuer au démarrage de celle-ci, est déjà connu, mais l'emploi de pompes de balayage comme moteurs a été limité à de courts laps de temps, correspondant aux démarrages de la locomotive.
Par contre, suivant l'invention, le choix convenable du moteur auxiliaire 8, du compresseur 9 et du réservoir 10 permet d'utiliser les pompes 7 comme moteurs auxiliaires permanents qui travaillent lorsque le moteur principal 1 doit être suralimenté, par exemple en rampe. Pendant ces périodes, il suffit d'ouvrir le régulateur 21 et de faire ainsi fonctionner les pompes comme pendant le démarrage, de la façon précédemment décrite. Ainsi, une partie de la charge du moteur 1 est reprise par les pompes 7 qui servent de moteurs utilisant l'énergie fournie par le moteur auxiliaire 8, cette utilisation et la suralimentation du moteur principal travaillant à une vitesse réduite contribuant à porter la puissance de la locomotive à sa valeur normale.
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Lorsque le nombre de tours des roues de la locomotive est faible,étant tombé par exemple à 100 tours par minute, la soupape rotative 4, qui assure la distribution de l'air venant du turbo-ventilateur 14, ouvre le conduit 5 au moment où le piston 2 obture la lumière d'échappement 18. L'air, dont la pression est supérieure à celle régnant dans le cylindre, entre dans ce dernier en le suralimentant. Le moteur peut donc développer une puissance accrue en brûlant un excès de combustible en rapport avec l'excès d'air introduit. Lorsque les roues tournent à environ 200 tours par minute, la soupape rotative reçoit du régulateur centrifuge, dans son sens de rotation, une certaine avance, de sorte que lorsque le piston 2 obture les lumières d'échappement 18, la soupape 4 obture aussi les lumières d'admission 5.
Dans ces conditions, aucun excès d'air n'est introduit dans le cylindre 1 car, pendant que la soupape 4 ouvre les lumières 5, le piston 2 n'a pas encore obturé les lumières d'échappement 18. L'excès d'air agit donc comme air de balayage.
Comme déjà dit, la soupape reçoit son avance d'un régulateur centrifuge relié, de toute façon appropriée, aux roues de la locomotive, de sorte qu'aux petites vitesses, (par exemple jusqu'à 100 tours par minute), la soupape 4 occupe, par rapport au piston 2, la position représentée sur la Fig. 2, tandis qu'à environ 200 tours par minute, le régulateur centrifuge donne à la soupape l'avance montrée sur la Fig. 3. Pour les vitesses intermédiaires, comprises entre 100 t 200 tours par minute, la soupape passe par toutes les positions intermédiaires et à chaque nombre de tours correspond ainsi un degré approprié de suralimentation, avec un maximum à 100 tours par minute et un minimum à 200 tours par minute
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ou davantage.
Lorsque l'excès d'air diminue, la pression moyenne dans le cylindre du moteur diminue également, tandis que l'énergie fournie reste sensiblement constante car, à mesure que l'excès d'air diminue, le nombre de tours des roues augmente.
A un nombre de tours, plus élevé, par exemple au delà de 200 et jusqu'à un maximum pouvant atteindre 350 tours par minute, le turbo-ventilateur peut être débrayé au moyen de l'accouplement à friction 13. Dans ce cas, l'air de balayage fourni par les pompes 7 passe de la chambre 19 dans la chambre 20 à travers le clapet de retenue 22 que présente la paroi séparant les deux chambres, puis, de la chambre 20, par la soupape 4, vers le conduit 5 (Figs. 2 et 3), les deux conduits 17 et 5 agissant par conséquent comme conduits de balayage. La mise hors service du turbo-ventilateur 14 peut se faire automatiquement par le même régulateur centrifuge lequel,lorsque la vitesse atteint environ 200 tours par minute,peut actionner un servomoteur approprié qui débraye l'accouplement 13.
Lorsque les roues de la locomotive font environ 200 tours par minute ou davantage, il faut que l'air fourni par les pompes de balayage traverse les deux conduits 17 et 5 car, avec l'augmentation du nombre de tours, la durée d'ouverture des conduits diminue alors que la quantité d'air fourni à chaque course de la pompe reste constante, de sorte que, si l'air ne passait que par le conduit 17, la pression de l'air de balayage augmenterait trop et causerait une forte contrepression dans les pompes de balayage, lorsque la vitesse de l'air est élevée. Au contraire, aux petites vitesses, le conduit 17 suffit comme passage d'air et l'on peut donc utiliser
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le conduit 5 pour l'air d'alimentation.
Le clapet 16 est un clapet de retenue qui sert à empêcher l'air de balayage de passer de la chambre 20 dans le tuyau 15, lorsque le turbo-ventilateur est arrêté.
Le turbo-ventilateur peut être de petites dimensions car la quantité d'air qu'il doit fournir n'est que le quart environ de la quantité d'air fournie par les pompes de balayage.
L'utilisation des pompes de balayage comme moteurs à air comprimé dont le travail s'ajoute à celui du moteur principal, présente plusieurs avantages.
Lorsque ces pompes 7 travaillent comme moteurs à air comprimé, notamment en cas de surcharge de la locomotive, il arrive que l'air s'échappant de ces pompes attdnt des températures très basses en raison de la détente brusque de cet air d'échappement, et l'emploi de cet air très froid pour le balayage du moteur Diesel assure un refroidissement efficace de ce dernier, qui s'ajoute au refroidissement usuel par l'eau. Le refroidissement du moteur Diesel au-delà de la limite que peut atteindre le refroidissement par l'eau, assuré particulièrement pendant les périodes de surcharge auxquelles correspond un accroissement de la température moyenne du moteur Diesel, améliore les conditions de fonctionnement du moteur et en augmente la durée de vie.
Le tuyau 6 présente une ou plusieurs soupapes de sûreté convenablement disposées, qui servent à maintenir la pression de l'air fourni par les pompes à une valeur constante.
L'air comprimé introduit dans les pompes de balayage pourrait aussi être fourni par des bonbonnes d'air comprimé, chargées de toute façon appropriée.