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MOTEUR A MOUVEMENT ALTERNATIF.
La présente invention a trait aux mécanismes de= changement de marche des moteurs comportant un vilebrequin, qui est l'arbre moteur prin- cipal, et un arbre secondaire, dit "de distribution" ou "à cames", qui rè- gle la périodicité des événements du cycle du moteur.
A titre de moteur très simple pouvant servir comme base de dis- cussion, on a choisi un moteur Diesel à deux temps du type à simple effet et à échappement terminal, bien que les principes sur lesquels est basée l'in- vention¯soient susceptibles d'être appliqués au réglage de la périodicité dans des machines à vapeur et des moteurs Diesel d'autres types que celui particulièrement mentionné.
Dans un moteur Diesel à deux temps tel que celui spécifié, l'ac- tion à régler dans le temps est le début de l'injection du combustible. Lors- que l'injection du combustible est déterminée par l'action d'une came de l'ar- bre à cames sur l'élément mobile de la pompe d'injection de combustible, ce qui est la disposition habituelle, il faut que l'arbre à cames tourne de manière à présenter l'un ou l'autre des côtés de la saillie de came au galet suiveur de came en un point voisin du point mort côté culasse.
Dans la pratique, si 'Ion suppose que le vilebrequin est au re- pos et que le mécanisme de changement de marche est déplacé entre ses posi- tions de marche avant et de marche arrière, l'effet désiré est une rotation d'un angle approprié de l'arbre à cames. Dans le cas du moteur particulier envisagé, cet angle est de 112 Cet angle n'est indiqué qu'à titre d'exem- ple, l'angle précis dépendant, bien entendu, de la construction de la came et d'autres caractéristiques du moteur.
Un tel déplacement angulaire a été obtenu de façons très diver- ses, dont l'une consiste à faire usage d'une sorte de train planétaire inter- calé entre une roue dentée motrice tournant avec le vilebrequin et une roue dentée réceptrice tournant avec l'arbre à cames. Deux pignons satellites
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montés fous et mutuellement en prise engrènent d'autre part, l'un avec la roue motrice,l'autre avec la roue réceptrice. Le premier est guidé suivant une orbite ayant son centre sur l'axe de la roue motrice et le second est guidé suivant une orbite ayant son centre sur l'axe de la roue réceptrice.
Des moyens sont prévus pour limiter 1 amplitude du mouvement.
La présente invention envisage l'incorporation, à un méca- nisme de commande de ce type, d'un dispositif de guidage des pignons sa- tellites qui est établie de manière à constituer une sorte de genouillère sur laquelle le poids des pièces ou une autre force peuvent agir de manière à assurer une sollicitation réversible, c'est-à-dire à solliciter le méca- nisme vers celle des positions de réglage qui s'impose.
Il existe d'autres possibilités supplémentaires. En premier lieu, les engrenages peuvent être disposés de manière à couvrir une por- tion importante de l'intervalle existant entre le vilebrequin et l'arbre à cames et, si cet intervalle est trop grand pour être couvert par le train de changement de marche proprement dit, le reste de l'intercalle peut être comblé très simplement par des roues folles intermédiaires.
Dans la construction préférée, illustrés sur les dessins anne- xés, la sollicitation réversible est obtenue par le poids des roues dentées folles intermédiaires ainsi que, jusqu'à un certain point, par le poids du dispositif de guidage y associé.
Une caractéristique plus importante encore est que la construc- tion du mécanisme inverseur est telle que le couple développé sur les roues folles intermédiaires par la roue dentée motrice contribue à solliciter les roues folles vers celle-quelle qu'elle soit- des deux positions de fonctionnement qui convient pour le sens de rotation du moteur. Par consé- quent, le train est stable parce qu'il tend à rester dans la position de fonctionnement voulue. Cette tendance est importante, même dans le cas d'un moteur stationnaire.
Un moteur marin est soumis à des exigences plus sévères à cause du roulis du navire. Le roulis peut avoir tendance à neutraliser la sollici- tation exercée sur le mécanisme de changement de marche, et même à créer des forces (dues à la gravité ou à l'inertie) qui sollicitent ce mécanisme dans une direction opposée à la position voulue. Le mécanisme décrit ci-après possède des caractéristiques désirables à cet égard parce que la sollicitation normale ne peut être neutralisée qu'après que le navire a roulé d'un grand angle de bande à partir de sa position verticale.
Dans le cas du moteur par- ticulier représenté, cet angle est de l'ordre de 55 , et cette valeur pour- rait même être augmentée en soumettant la genouillère que constitue la trin- glerie de support du mécanisme à l'action d'une charge ou force supplémen- taire. - '
Une telle stabilité est importante parce que le mécanisme de changement de marche doit être actionné à l'aide d'un moteur et que l'adjonc- tion de verrous positifs à un tel mécanisme à commande par moteur entraîne une complication considérable et se traduit par un accroissement des dépen- ses de première installation et d'entretien. De nombreux mécanismes de changement de marche, qui ont par ailleurs été très satisfaisants, présen- taient l'inconvénient-économiquement important- d'exiger un mécanisme de verrouillage auxiliaire dont le mode d'action n'était pas satisfaisant.
Le moteur choisi à titre d'illustration d'un cas extrême est du type dans lequel l'arbre à cames est placé près de la culasse, de sorte que la distance à combler entre le vilebrequin et l'arbre à cames est ma- ximumo Dans cet exemple, trois roues folles intermédiaires sont prévues pour réduire la distance à couvrir par le train de changement de marche proprement dit. Il va de soi que lorsque l'arbre à cames sera relativement près du vilebrequin, le train de roues intermédiaires sera inutile. Les principes de l'invention peuvent aisément être adaptés à un tel moteur.
Dans les très gros moteurs, il est nécessaire d'établir le vilebrequin en plusieurs sections, qui sont reliées par des accouplements.
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Le mécanisme de changement de marche qui fait l'objet de cette invention con- vient particulièrement pour les moteurs de ce type, parce que la roue d'en= traînement ou motrice primaire peut être montée sur un des accouplements du vilebrequin, et que le train d'engrenages entier disposé entre le vile- brequin et l'arbre à cames peut être logé dans l'espace situé au-dessus de l'accouplement entre deux cylindres adjacents du moteur. Ainsi, dans un moteur à neuf cylindres dans lequel l'arbre à cames et le vilebrequin sont tous deux de longueur considérable, il est possible de disposer le méca- nisme de commande entre les quatrième et cinquième cylindres et d'actionner ainsi l'arbre à cames à partir d'un point voisin de son milieu.
Le même avantage est possible, mais présente moins d'importance, dans le cas de moteurs comportant des nombres moindres de cylindres.
La construction dont il vient d'être question rend possible de supporter les éléments principaux du train d'engrenages par le bâti du moteur. La disposition est telle que les roues d'entées-mobiles peuvent posséder des dimensions et un poids modérés.
Les considérations ci-dessus seront mieux comprises à l'aide de la description détaillée donnée ci-après de la forme de réalisation pré- férée, représentée sur les dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale, perpendiculaire à l'axe du vilebrequin, d'un moteur vertical polycylindrique. Le plan de coupe est adjacent au mécanisme de changement de marche, qui est représenté en dé- tail.
La figure 2 est une vue en élévation latérale fragmentaire du moteur, certaines parties de l'envéloppe étant supposées brisées pour faire voir le mécanisme de changement de marche représenté partie en élévation et partie en coupe.
La figure 3 est une coupe transversale de l'arbre à cames et montre, par des traits continus, la position de marche avant d'une des cames à combustible et, par des traits discontinus, la position de marche arrière de cette came. Ces deux positions de la came correspondent à la même position du vilebrequin et indiquent le déplacement angulaire qu'il est nécessaire de donner à l'arbre à cames pour effectuer le renversement de la marche du moteur.
On passera d'abord en revue les éléments principaux du moteur.
Une portion de la plaque d'assise est visible en 6 et l'un des bâtis en forme d'A est indiqué en 7. Il est bien entendu prévu, supportés par la plaque d'assise, un certain nombre de ces bâtis en A supportant les divers cylindres et les pièces s'y rapportant. A la figure 2, des portions de deux cylindres sont visibles en 8, et les culasses correspondantes sont visibles en 9.
Le vilebrequin 11 est établi en plusieurs sections reliées en- tre elles par des accouplements 10, les demi-accouplements étant assemblés par des boulons 12. Le collecteur d'air de balayage est représenté en 13, le collecteur d'échappement en 14, le collecteur d'eau de refroidissement en 15 et le collecteur d'huile de graissage en 16. La pompe de graissage
17 est actionnée par un train d'engrenages 18, 19, 21. Le levier de com- mande du moteur est indiqué en 22. L'invention ne concerne aucune des piè- ces énumérées ci-dessus.
L'arbre à cames du moteur est indiqué en 23. Il est placé près de l'extrémité supérieure des cylindres 8, d'un côté de ceux-ci. Ainsi qu'il est habituel dans les moteurs de ce type, l'arbre à cames est pour- vu d'une série de cames espacées convenables, à raison d'une came par cy- lindre, actionnant chacune une pompe d'injection de combustible afférente à ce cylindre. Les cames occupent des positions appropriées sur leur arbre et actionnent les pompes correspondantes à des instants convenablement réglés.
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Une de ces cames est indiquée en 24, figure 3. Ainsi qu'il est bien connu de l'homme du métier, le changement de marche du moteur implique un déplacement angulaire de valeur bien déterminée de l'arbre à cames 23, par rapport au vilebrequin 11. A la figure 3, la came 24 est représentée en traits pleins dans sa position de marche avant. Pour renverser la mar- che du moteur,il faut que l'arbre à cames 23 soit décalé par rapport au vilebrequin 11, pour venir à une position dans laquelle la came 24 occupe la position dessinée en pointillé à la figure 3. Dans ce cas, le déplacement an- gulaire est de 112 . Le galet 25 est le suiveur de came et est animé d'un mouvement de va-et-vient dans la direction A-B, indiquée à la figure 3.
Comme l'arbre à cames 23 est placé près du sommet du moteur et que le vilebrequin 11 est à la base, il est nécessaire d'avoir recours à un certain nombre de pignons intermédiaires pour transmettre le mouvement d'un arbre à l'autre.
Une couronne dentée 26 en plusieurs pièces est montée dans une gorge entourant l'accouplement 10 et est bloquée dans cette.gorge par des anneaux formant coins 27. Ces anneaux sont tirés l'un vers l'autre par des boulons 28, de sorte que la couronne dentée est solidement bloquée dans la gorge de l'accouplement. Ceci constitue un système de montage simple et com- mode de la couronne dentée.
Un train de trois roues folles intermédiaires est disposé ver- ticalement au-dessus de la couronne dentée 26. La roue la plus large du train, 29, possède le même diamètre que la couronne dentée 26 et tourne autour d'un tourillon 31. La seconde est une roue plus petite 32, montée sur un tourillon 33, et la troisième est une roue 34 de même diamètre que la roue
32 et est montée sur un tourillon 35. Les tourillons 31,33 et 35 sont sup- portés par des éléments de bâti 36, eux-mêmes supportés par les bâtis en A.
Le bâti de support n'est pas représenté en détail sur les des- sins,car il ne constitue pas une caractéristique de l'invention. L'essen- tiel est que les tourillons 31, 33 et 35 soient immuablement supportés. Le vilebrequin 11 est indiqué par la flèche comme tournant en sens inverse des aiguilles d'une montre à la figure 1. Ce sens correspond à la position de marche avant du moteur. La roue 34 tourne nécessairement en sens inverse.
A la figure 1, le mécanisme de changement de marche est représenté dans la position de marche avant. Le sens de la rotation de la roue 34 est important parce qu'il détermine la sollicitation exercée sur la position du mécanisme de changement de marche sous l'influence des réactions d'entraînement.
La roue 34 est la roue motrice du train de changement de marche et les roues 32 et 29 sont des roues folles intermédiaires. A l'arbre à cames 23 est fixée une roue dentée 37, de même diamètre primitif que la roue 26, et comme le train d'engrenages interposé entre ces deux roues est composé d'un nombre impair d'éléments intermédiaires, les arbres 11 et 23 tournent dans le même sens et à des vitesses angulaires égales.
Entre la roue motrice 34 et la roue 37, qui est l'élément ré- .cepteur du train inverseur, sont interposées deux roues folles déplaçables 38 et 39.
La roue 38 tourne sur un tourillon constitué sur un axe au pivot 41 et la roue 39 tourne sur un tourillon constitué sur un axe ou pi- vot 42. Ces deux axes se comportent à la façon d'axes d'articulation aux extrémités opposées d'un châssis d'écartement en forme de losange 43, com- posé de deux plaques latérales identiques assemblées par des boulons et pièces d'écartement, indiqués généralement en 44 (voir figure 2). La cons- truction de ce châssis 43 est classique et a été suffisamment représentée sur les dessins. Il a simplement pour rôle de maintenir l'écartement voulu entre les axes des roues intermédiaires 38 et 39 de telle manière que ces roues soient toujours en prise. La roue 39 engrène avec la roue commandée 37.
Son tourillon 42 est approximativement au même niveau que l'arbre à cames 23 et est situé presque verticalement au-dessus de l'axe de la roue motrice 34.
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La roue 39 est guidée suivant une orbite circulaire, ayant son centre sur l'axe de l'arbre à cames 23, par un châssis en forme de losange 45 composé ,de deux plaques cintrées qui sont assemblées par des boulons et pièces d'écartement, généralement indiqués en 46. Le bâti 45 pivote à l'une de ses extrémités'sur l'arbre à cames 37 et est articulé à l'extrémité supé- rieure du châssis 43 par le pivot 42.
Un châssis de soutien, composé de deux plaques triangulaires 47 assemblées par des boulons et pièces d'écartement 48, pivote autour du pivot 35 et est articulé à l'extrémité inférieure du châssis 43.
Ainsi, la roue folle 39 est guidée suivant une trajectoire cour- be presque verticale, et la roue folle 38 est guidée suivant une trajectoire courbe presque horizontale. Dans la position de marche avant, l'axe du tou- rillon 41 est situé en C et, dans la position de marche arrière, cet axe est situé au point.D. Il s'ensuite que, lorsque la roue 38 pivote vers la gauche de la figure 1 à partir de la position représentée sur cette figure, la roue 39 et le châssis de support 45 s'élèvent pendant la première moitié de ce mouvement et redescendent pendant la seconde moitié.
En bref, le châssis 43 et le châssis 47 constituent un méca- nisme.à genouillère entre le pivot 35 et le pivot 42, le pivot 35 étant fixe par rapport au bâti du moteur et le pivot 42 étant guidé par le châssis 45.
Au moment où la genouillère passe au delà de sa position d'alignement ou mé- diane, elle se trouve sollicitée vers l'une ou l'autre de ses deux positions limites opposées par le poids des organes 43, 45 et 47 et des pièces suppor- tées par ces organes, notamment des roues folles intermédiaires 38 et 39.
On peut augmenter la sollicitation réversible ainsi exercée sur le méca- nisme en augmentant le poids de l'un quelconque des éléments.
Bien entendu, cette sollicitation réversible pourrait être créée par toute force qui solliciterait le pivot 42 vers le pivot 35. Il est préférable et normalement suffisant de s'en remettre au poids des pièces, mais tout dispositif qui tendrait à faire basculer le pivot formant point d'appui 42 vers le bas, ou qui solliciterait le châssis 45 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, suffirait. A cet effet, un ressort peut être considéré comme étant à peu près l'équivalent d'un poids.
Comme la roue motrice 34 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre dans la position de marche avant représentée à la figure 1, le couple de réaction sollicite les pièces mobiles du mécanisme de changement de marche vers la position qu'il occupe sur cette figure. De même, comme la roue 34 tournera en sens inverse du précédent dans la position de marche arrière, elle développera un couple sollicitant les pièces mobiles dans le sens oppo- sé, c'est-à-dire le sens voulu.
Pour effectuer le changement de marche, un servo-moteur est ac- couplé avec le châssis 47. Ce servo-moteur comprend deux cylindres 51 et 52 disposés suivant le même axe. Une tige de piston 53 traverse les deux cylin- dres et se prolonge au delà de chacun d'eux, cette tige portant un piston 54 dans le cylindre 51 et un piston 55 dans le cylindre 52. Le cylindre 51 est simplement un cylindre moteur à double effet dont l'action est régie par le levier de commande 22. Les liaisons de commande sont du type courant et n'ont pas été représentées. Les deux chambres terminales de travail du cy- lindre 52 communiquent entre elles par un conduit de section limitée. Le cylindre 52 est rempli d'huile de telle sorte qu'il se comporte comme un dispositif amortisseur ou retardateur pour régler la vitesse du déplacement de la tige de piston 53.
L'extrémité supérieure de la tige 53 du piston est reliée par une bielle 56 au châssis 47. Par conséquent, lorsque la tige 53 est poussée vers le haut, le mécanisme de changement de marche vient à la position de la figure 1, Le mouvement de cette tige 53 vers le bas amène le mécanisme à la position de marche arrière. Pour déterminer positivement ces deux po- sitions, un collier de butée réglable 57 est vissé sur l'extrémité inférieure de la tige 53 et détermine la position de marche avant par sa rencontre avec
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le fond inférieur du cylindre 52. La position de marche arrière est détermi- née par un collier de butée semblable 58 vissé sur l'extrémité supérieure de la tige 53 et coopérant avec le fond supérieur du cylindre 51.
En modifiant la position des colliers de butée 57 et 58, on mo- difierait évidemment l'instant de l'action sur laquelle influe le changement de marche. Dans le cas du moteur représenté, cette action est le commence- ment de l'injection du combustible. Par conséquent, les colliers réglables 57 et 58 constituent un dispositif permettant de modifier l'avance à l'injec- tion du combustible.
On a aussi représenté une butée 59 qui coopère avec l'extrémité extérieure du châssis 45. Cette butée est réglable et, dans les conditions normales, est amenée à une position d'inactivité. Son rôle est de faciliter la mise en position du châssis 45 pendant le montage et les opérations de mise au point du moteur, après quoi cette butée est déplacée vers le bas.
Il ressort de la figure 2 que le mécanisme de changement de marche est de largeur limitée, mesurée dans la direction de l'axe du vile- brequin. En montant la couronne dentée 26 autour de l'accouplement du vile- brequin, il devient possible de disposer le mécanisme de changement de marche entier entre deux cylindres adjacents en un point du bâti du moteur où les cylindres sont modérément espacés l'un de l'autre.
La disposition des roues dentées 34, 38 et 39 suivant une ligne approximativement verticale a comme conséquence que les.éléments déplaçables du mécanisme de changement de marche couvrant une partie de l'espace consi- dérable existant entre le vilebrequin 11 et l'arbre à cames 23. Elle rend en outre possible d'utiliser le poids des éléments déplagables pour obtenir une sollicitation réversible vers la position désirée, laquelle sollicitation, lorsqu'elle est secondée par le couple d'entraînement développé par la roue motrice 34, assure la stabilité du mécanisme. Ceci est tout particulièrement important sur les navires. Le- mécanisme représenté ne comporte pas de dispo- sitif de verrouillage et serait néanmoins stable sur un navire jusqu'à un angle de roulis ou bande de 55 .
Il ressort de ce qui précède que la disposition représentée possède plusieurs caractéristiques importantes. En premier lieu, la struc- ture de guidage constitue un mécanisme à genouillère qui, s'il est convena- blement chargé, exerce une sollicitation réversible qui tend à assurer la stabilité dans chacune des positions. En second lieu, avec la disposition verticale représentée, cette sollicitation peut être obtenue en utilisant le poids du mécanisme de changement de marche lui-même, ce qui supprime la nécessité d'avoir recours à une force indépendante. En troisième lieu, le train d'engrenages est disposé de telle sorte que le couple exercé sur le mécanisme moteur a un effet stabilisateur parce que le couple lui-même solli- cite ce mécanisme vers celle des positions qu'il peut occuper.
Ces caractéristiques sont importantes à la fois séparément et en combinaison. Le moteur particulier choisi à titre d'exemple illustre un cas extrême dans lequel la distance qui sépare l'axe du vilebrequin de l'axe de l'arbre à cames est grande et dans lequel les éléments mobiles du méca- nisme de changement de marche sont situés près du sommet du moteur et, par conséquent, sont spécialement sujets aux effets perturbateurs créés par le roulis d'un navire. Cette application a été choisie pour faire ressortir le grand avantage de l'invention dans une installation de ce type, mais l'invention n'est pas limitée à une telle application.
Le mécanisme à genouillère peut, à l'aide d'un mécanisme appro- prié le chargeant, être établi de manière à assurer la sollicitation primaire désirée et le poids des pièces peut être mis à profit pour produire ladite charge dans des dispositions autres que celle particulièrement décrite ci- dessus. Par exemple, dans le cas où l'arbre à cames 23 serait placé près du vilebrequin 11, le train de roues folles intermédiaires 29,32, 34 pourrait être raccourci, ou même entièrement supprimé, mais on devra toutefois s'as- surer que la poussée exercée par la roue 34 sur les éléments mobiles du train
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inverseur est telle qu'elle assure la sollicitation secondaire nécessaire, c'est-à-dire la sollicitation résultant du couple dû à l'entraînement.
Si ces caractéristiques ont été convenablement coordonnées, les avanta- ges du présent mécanisme de changement de marche perfectionné pourront être mis à profit avec des moteurs de types divers.
L'application de l'invention à une machine marine verticale a été décrite avec beaucoup de détails, mais il doit être bien entendu que cette application ne constitue qu'un exemple commode, et que l'invention n'est pas limitée aux détails de construction particuliers qui ont été décrits et représentés.
REVENDICATIONS.
1. Moteur à mouvement alternatif comprenant : un vilebrequin et un arbre secondaire servant à régir au moins un des événements du cycle du moteur et exigeant d'être déplacé de l'une à l'autre de deux positions angulaires distinctes par rapport à une position donnée du vilebrequin dans le but de régler la périodicité dudit événement pour la rotation dudit vi- lebrequin en marche avant ou en marche arrière, une roue dentée motrice entraînée par le vilebrequin, une roue dentée réceptrice faisant tourner l'arbre secondaire, une première roue folle intermédiaire engrenant avec la roue motrice, une seconde roue folle intermédiaire engrenant avec la roue réceptrice et avec la première roue folle intermédiaire, un premier guide contraignant l'axe de la seconde roue folle intermédiaire à se mou- voir suivant une ligne courbe,
autour de l'axe de la roue réceptrice, dans une direction allant généralement en se rapprochant et s'éloignant de l'axe de la roue motrice, un second guide servant à contraindre l'axe de la pre- mière roue folle intermédiaire à se mouvoir suivant une ligne courbe, autour de l'axe de la roue motrice, entre deux positions limites situées de part et d'autre de la ligne imaginaire reliant les axes de la roue motrice et de la seconde roue folle intermédiaire, et un dispositif d'arrêt servant à limiter le déplacement de ce guide dans chacun des sens du mouvement.