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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A FLUIDE SOUS PRESSION.
Cette invention concerne les moteurs à fluide sous pression alter- natifs du type dit "uniflow" où l'admission du fluide moteur, habituellement de la vapeur ou de l'air comprimé, à une extrémité de chaque chambre de tra- vail est commandé par une distribution d'admission, tandis que l'échappement se fait par une ou plusieurs lumières d'échappement à l'autre extrémité de la chambre de travail qui sont découvertes par le piston vers l'extrémité de sa course motrice, et elle est particulièrement, mais non exclusivement, ap- plicable à des moteurs de ce type destinés à fonctionner à des vitesses de rotation relativement élevées.
Pour la commodité de la description, on supposera que le moteur est du type à simple effet, mais il est bien entendu que l'invention est aussi applicable à des moteurs à fluide sous pression à double effet du ty- pe "uniflow", auquel cas la distribution suivant l'invention serait conju- guée avec les chambres de travail respectivement aux deux extrémités de cha- que cylindre moteur.
Dans les moteurs du type "uniflow" utilisant de la vapeur ou un autre gaz comme agent moteur, il est évident que lorsque le fluide chaud est admis à une extrémité de la chambre de travail et, après détente, évacué à l'autre extrémité de celle-ci, un gradient de température relativement raide est maintenu d'un bout à l'autre de la longueur du cylindre car non seule- ment il n'y a pas de refroidissement du passage dYentrée par l'échappement à travers celui-ci de fluide d'échappement détendu relativement froid, mais encore le fluide restant dans le cylindre est comprimé pendant la course non motrice et sa température est par conséquent augmentée.
Dans une machine à vapeur ceci offre l'avantage de réduire ou d'éliminer les pertes par conden- sation à l'intérieur du cylindre et de permettre un fonctionnement efficace avec un taux de détente élevé, même lorsqu'il est fait usage de vapeur satu- rée. Des avantages similaires sont aussi obtenus bien que dans une moindre mesure, dans un moteur à air comprimé car, bien que dans ces moteurs il n'y
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ait pas de pertes sérieuses, par condensation, un taux de détente élevé don- ne lieu à des températures finales très basses qui tendent à provoquer des perturbations par suite du givrage.
Dans les moteurs du type "uniflow" il est possible et extrêmement désirable de régler la production d'énergie en faisant, varier, le degré de détente plutôt qu'en faisant varier la pression à l'admission par étrangle- ment, tandis qu'en outre si le opteur est commandé par un régulateur centrifu- ge ou un autre genre de régulateur agissant en fonction de la vitesse, il est important que les pertes par frottement entre le régulateur et le dispositif qu'il actionne soient aussi faibles que possible. En cas de commande par un papillon ou étrangleur, la nécessité d'employer un presse-étoupe étanche à la vapeur à travers lequel sa tige passe avec le frottement inhérant à un tel presse-étoupe, est un inconvénient supplémentaire de ce mode.de commande.
Un but de la présente invention est de procurer une distribution d'admission pour moteur à fluide sous pression du type "uniflow" qui permet- te d'obtenir une coupure nette de l'admission du fluide moteur, qui permette de commander le point de coupure de l'admission dans la mesure voulue, tout en n'imposant qu'une faible charge par suite de frottement au régulateur ou autre appareil qui opère cette commande, et qui tend à éviter les fuites de fluide moteur par la distribution d'admission.
Suivant la présente invention un moteur à fluide sous pression du type "uniflow" possède une distribution d'admission qui comprend deux or- ganes de distribution montés en série l'un par rapport à l'autre, dont l'un constitue un organe de coupure de l'admission et affecte la forme d'un pis- ton-valve à arête de'distribution circonférentielle coopérant avec le bord d'une lumière correspondante ménagée dans son cylindre de telle manière que le point du mouvement alternatif du piston-valve auquel il ferme la dite lu- mière peut être modifié en faisant tourner le piston-valve par rapport à son cylindre, tandis que l'autre organe de distribution constitue une soupape d'admission qui s'ouvre pour faire débuter l'admission du fluide de travail lorsque le piston-valve est déjà ouvert.
Dans certains cas, .le mouvement angulaire.du piston-valve par rapport à ,son cylindre pour faire varier le point de..coupure de l'admission peut être obtenu en faisant tourner le cylindre sans faire ..tourner le piston- valve, mais dans la plupart, des cas il est obtenu.par la.rotation du piston- valve, le cylindre restant fixe, et pour la facilité on supposera ici que cette dernière disposition est employée.
De préférence, la soupape d'admission est.une soupape à levée par- ce que ces soupapes peuvent assez facilement être exécutées et maintenues par- faitement étanches aux fluides et à cause de leur simplicité générale et de leur sûreté de fonctionnement.
La disposition suivant l'invention permet d'obtenir'une coupure nette de l'admission car le piston-valve peut être établi de manière que la coupure se produise à un moment où il se déplace 9. sa vitesse maximum ou à peu près, tandis qu'en outre les arêtes de distribution tant du piston-valve que de la lumière de son cylindre, peuvent, si on le désire, être disposées en substance parallèlement entre elles de manière à augmenter la netteté de la coupure. En outre toute faible fuite de fluide qui pourrait se produire par le piston-valve sera relativement peu importante, parce que ce.fluide ne peut pénétrer dans le cylindre que pendant la source motrice, c'est-à- dire la période où la soupape à levée est ouverte.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, non seule- ment la forme de l'arête de distribution du piston-valve 'et de la lumière coopérante est établie de manière à permettre de faire varier le point 'de coupure de l'admission de la manière requise pour répondre à toutes'les conditions de servi ce'depuis la marche à vide jusqu'à la pleine charge nor- male, mais encore le piston peut'être conformé'de- façon que lorsque son mouvement angulaire a dépassé la position correspondant à la pleine charge normale,
il maintient la lumière correspondante du cylindre continuelle-
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ment ouverte de sorte que dans cette position l'admission du fluide moteur au 'cylindre moteur ést assurée uniquement par la soupape à levée ou autre soupape d'admission, qui aura ainsi une période d'ouverture totale permet- tant d'obtenir un point de rupture répondant aux conditions de surcharge extrême, par exemple unpoint de la course motrice du piston situé seule- ment 20 % à 25 % avant l'extrémité de cette course.
Dans le cas où le moteur à fluide sous pression du type "uniflow" possède une ou plusieurs paires de cylindres, les pistons des cylindres de chaque paire exécutant leur course de travail en ordre alterné, une telle paire de cylindres peut être associée avec un seul piston-valve comportant deux arêtes de distribution commandant respectivement des lumières qui con- duisent à des conduits d'admission pour l'amenée de fluide moteur aux deux cylindres, avec une soupape d'admission séparée dans chaque conduit d'admis- sion.
Les détails de construction et le mécanisme actionnant la distri- bution dans un moteur pourvu d'une distribution suivant l'invention peuvent varier; une forme d'exécution de l'invention dans son application à un mo- teur ayant une paire de cylindres dont les pistons exécutent leurs courses motrices en ordre alterné comme mentionné ci-dessus, est représentée à titre d'exemple aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une élévation de côté, partiellement en coupe, du mo- teur dans son ensemble.
Fig. 2 est une élévation en bout, aussi partiellement en coupe, du moteur représenté sur la Fig. 1, la coupe étant faite, pour la facilité, partiellement par l'axe du piston-valve et partiellement;par l'axe de l'un des cylindres moteurs.
Fig. 3 est une coupe transversale de la distribution du moteur suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2.
Dans la forme de construction représentée, le moteur comprend un carter de vilebrequin sur lequel sont montés deux cylindres B, B1 dans lesquels peuvent se déplacer en mouvement alternatif des pistons C, Cl re- liés par des bielles C aux manivelles d'un vilebrequin C3 monté dans le carter de vilebrequin A, les manivelles étant décalées angulairement de 1800 l'une par rapport à l'autre, de telle sorte que les pistons C, C1 exécutent leurs courses de travail en ordre alterné.
Les extrémités supé- rieures des cylindres B, B1 sont fermées par une culasse B2 dans laquelle sont formés les conduits d'admission D, D1 pour l'admission du fluide moteur, qu'on suppose être de la vapeur, tandis que les cylindres B, Bl comportent des lumières d'échappement B3- qui sont démasquées par les pistons C, C1 aux extrémités de leurs courses motrices et communiquent avec un passage d'é- chappement, indiqué d'une façon générale en B4.
Une boîte de distribution B5 dans laquelle sont ménagés les con- duitsD, D1, comme c'est représenté sur la Fig. 3, est faite d'une pièce avec la culasse B2.
5 Comme c'est représenté sur la Fig. 3, la boîte de distribution B contient deux soupapes à levée E, El, pourvues de tiges E2, E3 'destinées à commander respectivement la communication entre les conduits D et Dl et les chambres F et F1. Les chambres F et Fl communiquent avec des lumières G et G1 ménagées dans un cylindre G2 et commandées par un piston-valve G3 monté sur une tige de piston G4.
Le piston G3 est pourvu de deux arêtes de distribution H, H1 destinées à coopérer respectivement avec les lumières G et G1,de telle sorte que pendant le fonctionnement normal l'arête Hl ferme'la lumière G1 en un point de la course ascendante du piston-valve G3, tandis que
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l'arête H ferme la lumière G en un point de la course descendante du pistonvalve G3. Chacune des arêtes de distribution H et H1 est inclinée par rap-" port à-un plan normal à l'axe du piston-valve G3 tandis que les bords coopé- rants des lumières G et G1 sont inclinés d'une manière similaire, de telle ' façon qu'il se produit une ouverture et une fermeture relativement rapides des lumières G et G1 lorsque -les arêtes H .et H1 passent au droit de celles-ci.
'La tige G4 du piston-valve G3 passe à travers une pièce de gui- dagé J ,et à l'endroit où elle s'étend au-dessous de cette pièce de guidage, elle est pourvue de rainures longitudinales,dans lesquelles s'engagent des languettes ménagées sur un manchon J1 monté de façon à tourner sur la pièce de guidage Jet servant de.butée à une extrémité d'un ressort K dont l'autre extrémité agit sur un collier K1 monté sur'la tige'G4. Un roulement à billes J2 est intercalé entre l'extrémité supérieure du manchon J1 et la pièce de guidage J pour recevoir la poussée du ressort K tout en permettant un mouve- ment de rotation relativement libre du manchon J1 par-rapport à la pièce de guidage J.
En faisant osciller le manchon J1 on peut donc faire osciller la tige G4 et le piston-valve G3 autour de leur axe commun, et çe mouvement d'os- cillation a pour effet de faire varier'-les points'du mouvement*'.alternatif du piston-valve G3 où les arêtes.H et H1 passent au droit,des bords coopérants des lumières G et G1.
Ainsi qu'on lé voit sur la Fig. 2, chacune des arêtes de distri- bution H et H1 est conjuguée avec une rainure H2 qui s'étend longitudinalement au piston G et dans l'extrémité de ce dernier opposée à celle où se trouve l'arête de distribution.
Ces rainures H2 servent à maintenir une communication continue
2 entre les extrémités du cylindre G et remplissent aussi une autre fonction décrite, ci-après. L'extrémité supérieure .du: cylindre G2 communique ¯avec le conduit d'admission de vapeur L. '
Les soupapes à levée E2, E3'sont maintenues normalement fermées par des ressorts E4 et passent dans les guides E5, les tiges E2, E3 ainsi que la tige G4 étant établies de manière ,à former, en fait, des garnitures en labyrinthe empêchant les fuites entre elles et leurs guides.
A l'intérieur du carter à vilebrequin A, un arbre à cames M1, par l'axe de rotation duquel passent les axes des tiges E2, E3 et G4, est monté de manière à être entraîné à la vitesse du vilebrequin, par exemple au moyen d'une chaîne M. L'arbre à cames.Ml est pourvu de cames M2 et M3, destinées à agir respectivement sur des poussoirs M4 qui actionnent les soupapes E et E1, et d'un excentrique M5 qui agit sur un poussoir M6 ac- tionnant.la tige G4 pour provoquer le mouvement alternatif du piston-valve G3, le type habituel de dispositif de réglage étant établi entre les pous- soirs M4 et M6 et les tiges E2, E3 et G4 qu'ils actionnent. Les poussoirs M4 et M6 passent dans un bloc dé guidage approprié M7 et- sont établis pour s'opposer aux fuites tant pendant la course ascendante que pendant la cour- se descendante.
Les bossages des cames M2, M3 sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre de 180 , de manière à lever les soupapes E et E1 alternativement, tandis que le point le plus élevé et le point le plus bas de l'excentrique M5 sont décalés de 90 ,par rapport aux bossages des cames et M3, comme c'est représenté le plus clairement sur la Fig. 2.
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Au manchon J1 est relié rigidement mais d'une façon réglable un bras N sur lequel agit une tige N1 actionnée par une extrémité d'un le- vier N2 commandé par un régulateur centrifuge indiqué en N3, à l'encontre de l'action d'un ressort indiqué en 0¯,.de telle sorte que le fonctionnement du régulateur fait pivoter le manchon J1 et par conséquent le piston-valve G3.
En variante, une roue d'engrenage pourrait être montée sur le manchon J et actionnée par une crémaillère susceptible d'être déplacée longitudinalement par le levier N2 à l'encontre de l'action d'un ressort.
L'appareil de distribution fonctionne comme.suit: Approximativement au moment où chacun des pistons .moteurs C, ...
C1 atteint son point mort supérieur,, la came correspondante M2 ou M3 com-. mence à lever sa soupape conjuguée E ou E1 et à ce moment la lumière cor- respondante G ou ? est démasquée par l'arête de distribution' ou H1 de telle sorte que le fluide moteur est admis du conduit L par la lumière G ... ou G1, la chambre F ou F1, la soupape E ou E1 et le conduit D ou D1 au cy- lindre moteur voulu.
Lorsque le piston descend pour exécuter sa course mo- trice, la came M5 élève ou abaisse le piston-valve G3 suivant le cas, jus- qu'à ce qu'en un point de la course de travail du piston-valve, déterminé @ par sa position dans le mouvement de rotation, l'arête de distribution H- ou H1 du piston-valve G3 ferme la lumière correspondante G ou G1 et coupe ainsi l'admission du fluide moteur au cylindre moteur.
Lorsque le piston moteur mentionné atteint l'extrémité de sa course motrice, l'échappement se fait par les lumières d'échappement B3 comme cela s'effectue normalement dans une machine à vapeur du type "uni- flow", et l'autre piston se trouve alors au point mort de sa course ascén- dante.
L'autre came, M2 ou M3, commence alors à lever sa soupape associée E ou E1,de telle sorte que le fluide moteur est alors admis dans l'autre cylindre moteur et en est ultérieurement coupé par le piston-valve-G3 en un point approprié de la course du piston moteur, également déterminé par la position angulaire occupée par le piston-valve G3; - La position angulaire occupée par le piston-valve G3 est réglée par le régulateur, de façon à retarder le point de coupure de l'admission en fonction des réductions de vitesse du-moteur et vice-versa, tandis que le réglage de la vitesse peut être effectué par le réglage du ressort 0 qui agit sur le mécanisme du régulateur.
Si la charge du moteur dépasse .une certaine valeur prédéterminée, il est en outre évident que le régulateur fera tourner le piston-valve G3 pour l'amener en un point où les rainures H2 viennent coïncider avec les lumières G, G1, de façon que ces lumières restent continuellement ouvertes, après quoi, l'admission et l'interruption de l'arrivée.du fluide moteur sont toutes deux effectuées uniquement par les soupapes E, El, les.=conditions dans lesquelles ceci peut se produire étant les conditions d'extrême surchar- ge.
Il est évident que pendant toute la période où chaque piston moteur exécute sa course à vide, sa soupape associée E ou El sera fermée, de telle sorte que la période pendant;laquelle une fuite indésirable de fluide moteur peut se produire du conduit d'admission L dans l'un ou l'au- tre cylindre moteur par le piston-valve G3 est limitée aux périodes de cha-
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que course motrice suivant la coupure de l'admission, où non seulement il règne une contre-pression dans le cylindre moteur pour résister à cette fuite, mais où toute faible fuite a peu de force.
On constatera en outre que comme le piston-valve G3est constam- ment animé d'un mouvement alternatif, la force que le régulateur doit exer- cer pour lui imprimer un mouvement angulaire est faible. -
REVENDICATIONS.
1. - Moteur à fluide sous pression du type "uniflow" comportant deux organes de distribution.montés en série l'un par rapport à l'autre, dont l'un constitue un organe de coupure et affecte.la forme d'un piston- valve présentant une arête de distribution circonférentielle qui coopère avec le bord d'une lumière correspondante ménagée dans son cylindre, de telle manière que le point du mouvement alternatif du piston-valve auquel il ferme sa lumière coopérante peut être modifié en faisant tourner le pis- ton-valve par rapport à son cylindre, tandis que l'autre organe de distri- bution constitue une soupape d'admission qui s'ouvre pour faire commencer l'admission de fluide moteur lorsque le piston-valve est déjà ouvert.