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BREVET D'INVENTION " Perfeotionnement aux installations de moteurs à combustion inte rne " .
L'invention a trait à des installations comportant des moteurs à combustion interne dont la puissance est utilisée essentiellement pour comprimer de l'air en vue de produire,avec cet air et legaz d'échappement sortant sous pression du moteur à combustion interne, un fluide moteur qui sert à actionner une ou plusieurs machines motrices montées en arrière du mo- teu r .
On a déjà proposé , pour des installations de ce genre, de monter, sur la conduite de communication entre le moteur à ommbustioninterne et les machines motrices qui se trouvent en arrière de ce moteur; une soupape de sortie par laquelle le fluide moteur peut s'échapper de la dite conduite de communica- tion pour maintenir le moteur à combustion interne, en fonction- nement, par exemple Iorgque les machines motrices montées en arrière du moteur sont peu chargées, ou se trouvent mornen- tanément arrêtées;
dans ce cas en effet il n'y a lieu d'envoyer que très peu ou pasde fluide moteur du moteur à combustion
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interne aux machines motrices montres en arrière, de sorte que le moteur à combustion interne ne pourrait plus être maintenu en marche faute d'une quantité suffisante de fluide moteur.
La présente invention vise un dispositif de réglage automatique de la soupape de sortie en question, ce réglage étant tel qu'il assure complètement le bon fonctionnement de cette soupape, et par conséquent aussi le maintien du moteur à combustion interne en fonctionnement dans toutes les conditions de marche. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'organe de réglage qui agit sur le fonctionnement de la soupape de sortie est conformé de telle façon qu'il empêche la vitesse du moteur à combustion interne de tomber au-dessous d'une limite inférieure déterminée, ainsi que de dépasser une limite supérieure déterminée.
L'invention est donc essentiellement caractérisée en ce que la vitesse du moteur à combustion interne est maintenue entre une limite inférieure et une limite supérieure déterminées, la soupape de sortie s'ouvrant lorsque la dite limite inférieure est atteinte, et réduisant l'arrivée du combustible au moteur à combustion interne lorsque ladite limite supérieure est atteinte. Il oonviendra, dans bien des cas, de faire en sorte que l'arrivée du combustible au moteur à combustion interne soit maintenue oonstan- te dans la zone de charge normale et qu'elle ne soit réduite que lorsque la vitesse menace de dépasser la limite supérieure indiquée. Le ré;lage des machines motrices montées en arrière du moteur est alors effectué de préférence au moyen de soupapes de réglage montées sur ces machines.
Un exemple de réalisation d'une installation de moteur à combustion interne conforme à l'invention a été représenté à titre non limitatif, aux dessins oi-annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue schématique d'une installation dans la- quelle une machine à piston et une turd ne à gaz' sont actionnées par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne;
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Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale, à plus grande échelle, du dispositif de réglage de cette installation.
Dans)l'installation représentée à la fig. l, 1 désigne un moteur à combustion interne à pistons, à deux temps, et 2 un compresseur à piston à double effet accouplé aveo ce moteur.
Le compresseur aspire, par les orifices d'admission 3 et 4, de l'air qui, mélangé avec les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, constitue le fluide moteur pour les machines montées en arrière du moteur . Après la compression l'air se trouve envoyé dans un récipient compensateur 5 et' de là dans les cylindres 6 du moteur à combustion interne, en passant par des ouvertures 8 ménagées dans les parois des cylindres et commandées par les pistons 7 du moteur . Lorsque les ouvertures 8 sont ouvertes et que la soupape de sortie 9 est également ouverte, l'air qui entre assure le balayage de l'intérieur des cylindres.
La quantité d'air comprimé est telle qu'elle soit supérieu- re à la quantité d'air nécessaire pour assurer uniquement le balayage et la charge des cylindres, de sorte:;que les gaz sortant du moteur à combustion interne comportent en grande partie de l'air en excès . Ce mélange de gaz d'échappement est envoyé, par une conduite 10 branchée sur les cylindres aux machines montées en arrière du moteur. Dans l'installation décrite la puissance du moteur à combustion interne n'est utilisée que pour actionner le compresseur, et comme les orifices d'admission du compresseur ne sont pas commandées, la quantité d'air de balayage qui entre à chaque tour du moteur à combustion interne est sensiblement oonstante.
Dans le cas présent, les machines montées en arrière du moteur sont constituées par une machine à piston 12 à double effet réglable au moyen d'une soupape 11, et par une turbine 14 réglable au moyen d'une soupape 13. On fait travailler dans ces machines le mélange constitué par les gaz de la combustion du
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moteur à combustion interne ± et l'air comprimé, mélange qui se trouve sous une pression d'environ 4 à 6 atm., après quoi on le laisse s'échapper au dehors par les orifices d'échappement 15 et 16 de la machine à piston et par l'orifice d'échap pement 17 de la turbine. L'arbre de la turbine 14 porte un dispositif de changement de marche 18 permettant de changer le sens de rotation,par exemple pour une hélice marine .
On pourrait bien entendu branoher sur la conduite 10 encore d'autres machines de type quelconque, ou le@cas échéant aussi une seule machine à piston ou une seule turbine .
Dans l'exemple représenté, le dispositif de réglage est constitué par un régulateur de vitesse 19 monté sur un arbre 22 entraîné par le vilebrequin 20 du moteur à combustion interne au moyen d'une transmission à chaîne 21. Lorsque la vitesse du moteur à combustion interne atteint une limite inférieure déter- nànée , ae régulateur provoque l'ouverture d'une soupape de sortie 23 montée sur la conduite @10 et destinée à permettre au fluide moteur de s'échapper par un tuyau 24 branché sur cette soupape .
Dans l'exemple de régulateur de oe genre qui est représenté à la fig. 2, le régulateur de vitesse 19 monté à une extrémité de l'arbre 22, - par exemple l'arbre à cames du moteur à combustion interne''- est un régulateur à force centrifuge chargé par des poids 27. Ces poids 27 sont montés articulés sur des tourillons 28 disposés chacun dans un palier 29 porté par la roue à chaîne 30 fixée à l'arbre 22. Le régulateur de vitesse est monté dans un carter 26 fixé au bâti 25 du moteur à combastion imerne.
Chacun des poids 27 porte un tourillon 31 qui se trouve entre le tourillon de support 28 correspondant et l'arore 22, et qui s'engage dans un évidement correspondant d'un long manchon 32 monté coulissant et entourant l'extrémité libre de l'arbre 22.
A son extrémité libre @ ce manchon 32 porte un prolongeant 33
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qui s'étend dans le sens de la longueur de l'arbre, et il est soumis à l'action de deux ressorts 34 et 35 qui entuurent l'arbre 22, et dont l'un, le ressort extérieur 35, est plus fort que le ressort 34 monté à côté de lui à l'intérieur du manchon.
Ces deux ressorts sont montés de façon que celles de leurs extrémités qui se font face se trouvent chacune d'un oôté d'un collier 36 coulissant sur l'arbre; l'autre extrémité du ressort 34 s'appuie sur une butée 37 portée par l'extrémité intérieure du manchon, et l'autre extrémité du ressort 35 s'appuie sur un disque intermédiaire 38 coulissant sur l'arbre et immobilisé à l'autre extrémité de l'arbre au moyen d'un écrou 39.
La butée 37 et\le disque 38 sont agencés de préférence de façon à servir de glissière pour guider le manchon dans son déplaoement longitudinal. La partie extérieure de l'extrémité de l'arbre a un diamètre plus petit que la partie intérieure, qui est la plus rapprochée du bâti 25, de façon à former une butée 40 pour le disque 36 ooulissant à l'extrémité extérieure de l'arbre, de telle sorte que ce disque s'appuie contre une butée sous l'action des deux ressorts. Le manchon 32 porte en outre, sur sa face intérieure, une butée 41 montée de façon à ne venir s'appliquer sur le collier 36, qui s'appuie sur la butée 40, que lorsque le manchon a effectué un oertain déplacement de sa position intérieure extrême à sa position extérieure.
Deux leviers à deux bras 42 et 43 montés oscillants sur le carter 26 coopèrent avec le prolongement 33 du manchon 32. Le levier 42 s'applique par l'une de ses extrémités sur l'extrémité libre 44 du prolongement 33, tandis que l'autre extrémité de ce levier est reliée par une bielle articulée 45 à un bras 46, en fonne de segment (fig. 1), qui assure le réglage du dispositif (non représenté), par le quel le combustible arrive au moteur à combustion interne . L'autre levier 43, sur lequel agit le prolongement du manchon 32, est guidé à
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l'une de ses extrémités par un élargissement annulaire 47 ménagé dans ledit prolongement 33, tandis que l'autre extrémité de ce levier actionne, par l'intermédiaire d'une bielle articulée 48, un robinet ou autre organe analogue 49 monté sur une conduite 50.
Cette conduite 50 est reliée au dispositif 23 formant soupape de sortie et constitué, dans l'exemple représenté, par une soupape 23 capable d'assurer la fermeture d'une ouverture pratiquée dans un carter inférieur 51 et aboutissant à un réservoir 52 de gaz sous pression. L'orifice d'entrée 53 de la conduite 10 est relié au carter 51, @@ et l'orifice de sortie 54 qui conduit aux machines montées en arrière du moteur est relié au réservoir 52.
Une soupape de retenue 55 est montée en outre dans la communication entre le carter et le réservoir de gaz sous pression, pour empêcher le fluide moteur contenu dans le réservoir de retourner au moteur à connus tion interne pour le cas ou la pression viendrait à baisser, dans celle des parties de la conduite 10 qui se trouve entre le moteur à combustion interne et la soupape de retenue, et à tomber à une valeur inférieure à oelle de la pression qui règne dans le réservoir et dans les autres parties de la conduite. La soupape de sortie 23, qui est montée sur un carter 56 fixé au-dessous du carter 51 et relié au tuyau de sortie 24, est reliée elle-même à un piston 57 qui se déplace dans un cylindre 58 ménagé dans le carter 56.
Le cylindre 58 est relié par une conduite 59 à la conduite 10 ou au réoipient de compensa- tion 5 ou à une autre cavité contenant du gaz moteur où de l'air comprimé. Une soupàpe d'étranglement 60, comportant de préférence une ouverture de passage réglable, est montée sur cette conduite 59, de préférence au point de branchement sur le cylindre 58. Dans le cylindre 58 débouche également la conduite 50 mentionnée ci-dessus et comportant le robinet 49, ce qui permet de régler à volonté la pression régnant dans le cylindre,et par oonsé-
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quent la pression du piston , par un réglage approprié de ce robinet 49, proportionnellement à la section de la soupape d'é- tranglement.
La pression qui agit sur la faoe inférieure du piston 57 aussi bien que la pression d'un ressort 61 tendent à déplacer la soupape de sortie 23 dans le sens de l'ouverture de celle-ci, et la pression régnant dans ce sens peut être réglée par une variation de la tension du ressort, au moyen d'un volant de manoeuvre 62.
Le dispositif déorit fonotionne de la façon suivante:
Lorsque le moteur à combustion interne tourneà pleine mar- che et à sa vitesse normale, la consommation de fluide moteur des machines montées en arrière de ce moteur étant normale,le fluide moteur est refoulé dans le réservoir 52 par la conduite 10 sous une pression effective de 4 à 5 atm. La soupape de sortie 23 reste fermée par la'pression qui règne dans le cylindre 58 et par la pression exercée par le ressort 61, en surmontant l'ac- tion de la pression exeroée par le fluide moteur sur la face supé- rieure de la soupape, de sorte que la totalité du fluide moteur fourni par le moteur à combustion interne se trouve alors envoyée aux machines de travail en sortant par 1'orifice 54 du réservoir.
Les poids 27 du régulateur occupent alors une position déterminée et le manchon 32 se trouve amené à sa position extérieure normale dans laquelle la butée 41 s'appuie sur le oollier 36 qui est repoussé par le ressort 35, qui est le plus fort, contre la butée 40 de l'arbre 22 ; en même temps le ressort 34-monté entre le collier 36 et la butée 37 - qui est le plus faible,se trouve bandé. Dans cette position du manchon 32 le bras 46 en forme de segment qui est relié au levier 42 vient occuper une position pour laquelle une quantité normale de combustible est amenée au moteur à combustion interne par les soupapes à combustible . Le levier 43 maintient le robinet 49 fermé .
Lorsque la vitesse du moteur à combustion interne augmente au-dessus d'une certaine valeur par suite d'une variation des @
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conditions de marche, par exemple par suite d'une diminution de la contre-pression du moteur à combustion inteme, - diminution produite par exemple parune augmentation de la consommation de fluide moteur par les machines montées en arrière du moteur,le manchon 32 se trouve repoussé plus loin vers l'extérieur.
Le collier 36, qui s'appie sur la butée 41, est alors repoussé vers l'extérieur par cette butée, comme indiqué à la fig. 2, contre l'action du ressort le plus fort 35, et le levier 42 agit sur le dispositif d'amenée du combustible de façon à réduire la quan tité de combustible qui arrive au moteur à combustion interne.
Ceci empêche la vitesse du moteur à combustion interne de dépasser la valeur maxima admissible . Pendant ce mouvement du manchon 32 le robinet 49 est maintenu fermé par le levier 43, et la soupape de sortie 23 continue à rester fermée.
Par contre, lorsque la vitesse du moteur à combustion interne baisse par suite par exemple d'une diminution de la consommation de fluide moteur dans les machines montées en arrière, ou lors du changement de marche de celles-ci, ou pour une autre raison de ce genre, entrainant une augmentation de la oontrepression dans la conduite de communication 10, le manchon 32 se trouve déplaoé en sens inverse, c'est-à-dire vers l'intérieur, à partir de la position indiquée ci-dessus.
Lorsque ce manchon vient occuper une position déterminée,le oollier 36 vient s'appliquer contre le talon 40 de 11 arbre, ce @ui supprime l'action du ressort le plus @brt 35 à l'égard des poids du régulateur,la pression de ce ressort se trouvant alors supportée par l'arbre.
Lorsque le manchon est venu occuper cette position normale ou un peu après, seul le ressort le plus faible 34 s'opposait alors encore au déplaoement des poids du régulateur, le levier 43 commence à actionner l'ouverture du robinet 49, qui s'ouvre de plus en plus au fur et à mesure que le manchon oontinue à se déplacer vers l'intérieur .. Par suite le fluide sous pression commence à sortir du oylindre 58 par ce robinet .
Lorsque le robinet est suf-
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fisamment ouvert pour que la quantité de fluide moteur sortant par oe robinet soit supérieure à celle qui arrive en même temps par la soupape à papillon 60, la pression exercée sur le piston 57 se trouve réduite, jusqu'à une valeur telle que la pression régnant dans la oonduite 10 et agissant sur la face supérieure de la soupape de sortie surmonte la pression,- qui agit dans le sens opposé-du piston et du ressort 61.La soupape 23 s'ouvre alors, de serte que le fluide moteur contenu dans la conduite 10 peut sortir par l'orifice 24. Ceci a pour effet de réduire la pression qui règne dans la conduite 10, d'où une augmentation de la vitesse du moteur à combustion interne, en raison de ce quea contre-pression diminue .
Sous l'effet de cette augmentation de la vitesse, le robinet 49 se trouve partiellement refermé de nouveau par le régulateur,et la soupape de sortie se referme sous l'action de l'augmentation de pression dans le oylin- dre 58, cette augmentation étant produite par l'arrivée de fluide sous pression par la conduite 59.
L'actionnement de la soupape de sortie règle donc la vitesse du moteur à combustion in terne entre deux valeurs mnférieures, a'est-à-dire que la position de la soupape de sortie en question est réglée de telle sorte que l'écoulement du fluide moteur pour cette soupape ait lieu de faon oontinue aux petites vitesses. Ceci empêche ainsi le moteur à combustion interne de s'arrêter , même lorsque les machines 12 et 14, qui sont montées en arrière de ce moteur, sont arrêtées au moyen des soupapes 11 et 13, par exemple pour la manoeuvre du dispositif de changement de marche 18. Pendant que la soupape de sortie 23 est ouverte la soupape de retenue 55 reste fermée sous l'action de la pression effective qui règne dans le réservoir 42.
Ceci permet,au moment de la remise en marche des machines montées en arrière, du moteur, de leur fournir immédiatement, pour les actionner, du fluide sous pression provenant du réservoir et qui est à une pres-
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sion supérieure à la contre-pression momentanée du moteur à com- bus tion interne. La pression pour laquelle la soupape de sortie 23 s'ouvre peut être réglée au moyen du volant de manoeuvre 62, tmdis que la hauteur de la pression normale du fluide moteur est déterminée par la quantité de combustible amenée au moteur à combustion interne.
Le dispositif décrit permet donc non seulement d'assurer le réglage entièrement automatique du moteur à combustion interne produisant le fluide moteur qui actionne les machines montées en arrière du moteur, ce réglage étant effectué en fonction des conditions de marche desdites machines montées àn arrière ; il em- pêche aussi, d'une façon efficace, le moteur à combustion interne de s'emballer lorsque la pression du fluide moteur tombe au- dessous de la valeur normale . On évite égaler.lent ,dans ces oon- ditions,toute interruption de la marche du moteur à combustion interne pendant les manoeuvres des machines montées en arrière du moteur ou lorsque les conditions de marche de ces machines risqueraient de provoquer nne interruption.
Dans le mode de réalisation représenté le moteur à combustion interne est donc actionné, lorsque la soupape de sortie 23 est ouverte, par l'arrivée de la quantité de combustible nécessaire pour assurer la marche normale; il en résulte, même si la consens de combusti@@e mationrse trouve réduite par suite de la réduction de la vitesse, une consommation de combustible, qui, à la longue, devient inuti- lement grande, surtout si l'on considère que la contre-pression du fluide moteur peut être alors minime. Lorsqu'il s'agit d'une manoeuvre des machines, montées en arrière, cette manoeuvre ne prenant que peu de temps, cela est sans importance .
Lorsqu'il s'agit cependant d'une interruption de longue durée, il importe beaucoup de pouvoir ramener aussi l'arrivée du combustible au mo- teur à combustion interne à la quantité désirée, en dehors du réglage automatique qui vient d'être décrit.
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Le moyen le plus simple pour obtenir oe résultat consiste à munir le bras 46, relié au régulateur de vitesse, d'un levier de manoeuvre 64 susoeptible d'être déplaoé le long d'une éohelle graduée et qui permet de régler la quantité de combustible par une manoeuvre effectuée à la main. Cette disposition permet aussi de faire varier dans de grandes limites,suivant les besoins,la pression du fluide moteur, et par conséquent,aussi la puissanoe que les machines montées en arrière du moteur doivent fournir. Cette circonstance présente une grande importance lorsque l'invention est appliquée à la marche de locomotives, de brise-glaces ou à des installations dans lesquelles la puissanoe indispensable est soumise à de grandes fluctuations.
Dans l'exemple représenté aux dessins, l'invention@est appliquée à des machines à deux temps fonctionnant d'après le prinoipe Diesel. Bien entendu cependant l'invention peut aussi bien être appliquée avantageusement lorsque le moteur à combus tion interne qui produit le fluide moteur est un moteur à quatre temps; on peut utiliser aussi des moteurs à explosions. Les détails de l'installation peuvent varier sans que l'on s'éoarte du principe de l'invention. La commande de la soupape de sortie peut par exemple être,effeotuée aussi électriquement,par exemple sous l'action d'un aimant alimenté par un courant électrique produit par une génératrice actionnée par le moteur à combustion interne et dont l'intensité dépend par conséquent de la vitesse de ce moteur.
Le régulateur de vitesse peut être remplacé par un autre régulateur de type quelconque, par exemple par une génératrioe entraînée par le moteur à combustion interne et dont le oourant varie suivant les variations de vitesse du moteur à oanbustion interne. Les dispositifs de réglage de la soupape de sortie et de l'arrivée du combustiole peuvent être aornnandés directement ou indirectement par des moyens électriques. Au lieu d'envoyer au dehors le fluide sous pression qui sort par la
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soupape 23 et s'échappe de la conduite de sortie 24, on peut l'utiliser en l'accumulant dans un réservoir relié à la conduite de communication 10 et dans lequel règne une pression inférieure à celle du fluide moteur.