Machine à piston @ . e distribution par obturateur cylindrique. La présente invention conce: - les ma chines à piston avec distribution par obtura teur cylindrique telles qu'appareils moteurs ou récepteurs et plus particulièrement des moteurs à combustion interne.
Dans la machine suivant l'invention, l'ob turateur cylindrique est animé de deux mou vements distincts et concomitants, l'un un mouvement de rotation continu qui effectue la distribution, et l'autre un mouvement al ternatif rectiligne, d'amplitude relativement faible, qui a pour but d'assurer à la fois la lubrification, le rodage et l'étanchéité de l'obturateur.
Cette disposition peut être avantageuse ment combinée avec une culasse rentrante pénétrant à l'intérieur de l'obturateur dans le cas où celui-ci est concentrique à l'axe du piston du cylindre, laquelle culasse peut por ter des segments et deux prolongements gar nis de plaques obturatrices appliquées par des ressorts extenseurs sur la paroi interne de l'obturateur. La commande du mouvement de rotation continu peut être effectuée par tout disposi tif de liaison approprié, par exemple par un train d'engrenages et cela à la vitesse convenable, au quart de la vitesse de l'arbre moteur lorsqu'il s'agit d'un cycle à quatre temps et lorsque l'obturateur porte deux lumières.
Cette commande doit être réalisée de manière à. permettre le mouvement alternatif de l'obturateur en même temps que le mouvement de rotation. .
Le mouvement alternatif de faible ampli tude communiqué à l'obturateur peut être produit sait desmodromiquement d'une façon impérative par une liaison cinématique con venable, soit par frottement avec rappel élastique, en mettant à contribution l'adhé rence qui peut exister entre le piston moteur et l'obturateur cylindrique qui l'entoure, soit d'une manière desmodromique, mais en temps élastique, par une liaison cinématique com portant un organe élastique convenablement interposé, soit encore d'une manière pneuma- tique en utilisant les variations de pression des gaz ou fluides élastiques ou incompres sibles dans le cylindre au cours des phases ' du<I>cycle.</I>
Ces différents moyens de commande de l'obturateur cylindrique, réalisant le mouve ment alternatif de faible amplitude combiné avec son mouvement de rotation, seront bien compris par la description qui va suivre. Des formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées, à, titre d'exemple, au des sin annexé, dans lequel: La. fig. 1 est une coupe verticale trans versale d'un moteur à explosion à quatre temps constituant un premier mode de réali sation de l'invention; La fig. 2 est une coupe verticale longitu dinale correspondante:
La fig. 3 est une coupe horizontale sui vant @ja-ri. o-p-@-r de la fig. 1, au mo ment d'une des phases de compression' ou de détente; La fi-. 4 est une vue développée d'une partie de l'obturateur; Les fig. 5 et 6 relatives à une variante de réalisation sont respectivement une vue en coupe verticale transversale et une vue en coupe horizontale d'une partie de l'obtura teur; La fig. 7 est, une coupe verticale trans versale d'une autre variante de réalisation; La fig. 8 est une coupe verticale longitu dinale correspondant. à la. fig. 7;
La. fig. 9 est une coupe horizontale sui vant ju-rt-o-p-q-r de la fig. 7 au mo ment d'une des phases de compression ou de détente, La fig. 10 une vue d'une des plaque obturatrices; Les fi". 11, 12 et 13 sont des vues ana logues aux fig. 7, 8 et 9, mais représentant un autre mode de réalisation; La fig. 14 est une vue en élévation par tiellement coupée de l'obturateur cylindrique.
Dans le mode de réalisation représenté sur les quatre premières figures, le tiroir ro tatif obturateur 3 est constitué par une che mise cylindrique animée simultanément d'un mouvement de rotation continu autour de l'axe J-J' et d'un mouvement rectiligne alternatif parallèle à cet ale entre le cylin dre moteur 7. portant. les orifices d'admission ai et a2 et d'échappement c' et c\ et la cu lasse 2.
La. chemise 3 porte deux ouvertures ou lumières 4 diamétralement opposée, et l'ob turateur tourne à une vitesse convenable. quatre fois moins vite que l'arbre moteur, dans le cas du moteur à quatre temps. Ces lumières font communiquer en temps utile les orifices n.' et r!' puis e' et e2 avec la cham bre de combustion 5, ce qui détermine les phases d'admission et d'échappement.
La chemise est entraînée dans son mouve ment rotatif par une série d'engren iages indi qués sur la fi,,,. 1. Un pignon hélicoïdal 6 entourant la chemise porte une dent d'en traînement 7 qui coulisse dans une fente pra tiquée à la partie inférieure de la chemise.
Pendant les phase; de compression et:. (le détente, comme il est indiqué sur la fig. 3, les gaz comprimés dans la, chambre de com bustion 5 cherchent à fuir entre la culasse 2 et l'obturateur 3 par suite du jeu nécessaire 'a la dilatation et. au fonctionnement (le la chemise.
C'est pour éviter ces fuites que l'obtura teur, outre son mouvement de rotation coli- tinu, est animé cl'un mouvement alternatif de faible amplitude parallèlement < < cet axe.
La culasse 2 a. une forme particulière que. les fig. 1, \? et; ) montrent clairement, elle porte des plaques obturatrices 8 az-ant la forme de portions d'anneaux cylindriques d'une hauteur légèrement supérieure â. celle des lumières augmentée de l'amplitude ;lu mouvement alternatif de l'obturateur. Ces plaques obturatrices :oint portées par deux prolongements 29 de la culasse \_' (fig. 2).
Ces prolongements ont l'avantage (le provo quer la. turbulence des gaz lors de la com pression et par suite d'assurer leur homo généité.
Sous ces plaque; obturatrices se trouvent placés des ressorts à lame 9 chargés d'appli quer ces plaques obturatrices sur la paroi in- terne de l'obturateur 3. La culasse 2 porte en outre des segments obturateurs semblables à ceux du piston, tels que 10. L'obturateur 3 dans son mouvement alternatif semblable à celui du piston, mais de faible amplitude, tend à entraîner les segments 10 et les ap plique ainsi sur les bords de leur gorge d'en castrement, par analogie à. ce qui se passe pour les segments de piston.
La paroi externe de l'obturateur 3 reçoit, dans des encastrements, des plaques obtura trices portions de cylindre 15, analogues celles de la culasse, mais d'un plus grand dé veloppement et d'un plus grand diamètre. Ces plaques obturatrices sont appliquées sur la paroi interne du cylindre 1 par des res sorts à lame 16. L'obturateur porte aussi au-dessus et en dessous de ces plaques ob turatrices des segments obturateurs 17 ana logues à ceux du piston.
L'ensemble des éléments obturateurs por tés par la chemise distributrice assurerait l'étanchéité absolue de la chambre de com bustion 5, même au cas où les éléments ob turateurs portés par la culasse n'auraient pas un contact parfait avec la paroi interne de l'obturateur par suite, par exemple, d'une lé gère déformation de l'obturateur, le cylindre 1 sur lequel portent les éléments obturateurs ne se déformant pratiquement pas, étant re froidi par la circulation d'eau 18.
L'étanchéité est donc complètement assu rée dans tous les sens; les plaques-obtura- trices 8 et 15 arrêtent les gaz qui tendraient à. fuir circulairement, les segments obtura teurs circulaires 10 et 17 arrêtent les gaz qui chercheraient à. fuir suivant l'axe y-y'.
Le mouvement alternatif de l'obturateur suivant l'axe<I>y-y'</I> est obtenu au moyen de deux galets 11 portés par deux porte-galets <B>1.9-</B> vissés sur un support-étrier 13 rendu so lidaire du cylindre moteur 1, qui roulent dans une gorge circulaire 14 creusée sur la paroi externe de la chemise. Cette gorge cir culaire a ses bords tracés suivant un profil sinusoïdal, un des galets roule sur le bord inférieur et l'autre sur le bord supérieur de la gorge dont la largeur est légèrement supé- rieure au diamètre des galets.
Ceux-ci étant fixés au cylindre, la chemise, en tournant, grâce à la présence de la rainure sinusoïdale est animée d'un mouvement alternatif de translation suivant l'axe y-y' du cylindre 1. L'amplitude du mouvement alternatif est égale à l'ordonnée maxima de la sinusoïde.
Ce mouvement alternatif de faible amplitude (quelques millimètres) n'a pour but que d'appliquer les segments-obturateurs circu laires 10 et 17 sur les bords de leur gorge d'encastrement, et-de pratiquer un rodage des éléments obturateurs sur leurs surfaces d'ap <B>pui,</B> qui sont, soit la paroi interne de l'ob turateur 3, soit la paroi interne du cylin dre 1.
Il y a intérêt, pour que le rodage des pa rois en contact avec les différents éléments obturateurs soit parfait, à ce que les inter valles entre les éléments obturateurs 8 et 10 et entre les éléments obturateurs 15 et 17 soient égaux ou légèrement inférieurs à l'am plitude du mouvement alternatif.
L'obturateur et les éléments obturateurs sont lubrifiés par l'huile amenée par une canalisation 19. La présence des éléments obturateurs 15 et 17 portés par l'obturateur évite l'arrivée d'huile dans la chambre de combustion 5 au moment de la phase d'aspiration des gaz. On pourrait se contenter d'un seul groupe d'élé ments d'obturateurs, soit celui porté par la culasse, soit celui porté par l'obturateur.
Dans le mode de réalisation des fig. 5 et 6, -on utilise pour le déplacement alterna tif de l'obturateur son adhérence avec le pis ton moteur. Cette disposition a pour avan tage que l'amplitude du mouvement alterna tif est variable. En effet, si le mouvement alternatif a une amplitude constante, le ro dage de l'obturateur par rapport; à ses sur faces d'appui est moins bien assuré puisque les mêmes points de contact se rencontrent périodiquement.
Au contraire avec un mou vement alternatif de course variable, le syn chronisme du contact est supprimé et le ro dage est plus parfait. Sur ces figures, l'obturateur 3 n'est percé que d'une lumière 4 qui se déplace en regard (le l'orifice d'admission a et de l'orifice d'é- rhappement e.
Le mouvement de rotation de l'obturateur 3 est commandé par un engrenage convena ble, par exemple par une roue dentée 6 en traînée par un autre pignon 22 solidaire d'un arbre 23 commandé lui-même par un autre pignon solidaire de l'arbre vilebrequin. La roue dentée présente un évidement circulaire 24 dans lequel vient s'engager l'extrémité inférieure de l'obturateur; l'entraînement de l'obturateur est produit par un doigt 7 soli daire de la. roue dentée 6 et s'engageant dans une fente 25 pratiquée dans l'obturateur: ce dispositif d'entraînement présente l'avantage de soustraire ledit obturateur aux réaction des engrenages à taille hélicoïdale.
L'obturateur 3 est commandé par un en- ;renage de demi-vitesse de telle sorte qu'il tourne avec une vitesse égale à. la moitié de la vitesse de l'arbre moteur; la. lumière 4 fait ainsi communiquer successivement et au mo ment voulu la. chambre d'explosion 5 avec chacun des orifices d'admission a et d'échap pement e.
Les déplacements de l'obturateur 3 pa rallèlement à son axe peuvent s'effectuer li brement; dans ces déplacements les extrémi tés dudit obturateur viennent s'enga.ber res- pectivement dans l'évidement inférieur 2-t porté par la. roue dentée 6 ou dans un loge ment supérieur 26 ménagé entre le cylindre 1 et la culasse 2. Les extrémités de l'obtura leur 3 butent contre des ressorts antagonistes 2 ï et 28 logés respectivement dans l'évide ment 24 et dans le logement 26; ces ressorts s'équilibrent et leur puissance est calculée pour que leur écrasement ne soit jamais com plet afin d'obtenir un silence absolu.
Pendant le fonctionnement, le piston mo teur 21 imprime par adhérence à l'obtura teur 3 un mouvement de translation alterna tif, parallèle à son axe, et dont l'amplitude reste très faible grâce aux ressorts équilibrés 27 et 28 dont la puissance a. été préalable ment déterminée pour limiter la. course. On comprend que ce mouvement alterna tif est entièrement automatique d'amplitude variable suivant la vitesse du piston et que sa fréquence est absolument indéterminée.
L'étanchéité de la chambre d'explosion 5 est assurée, d'une part, par des segments 10 portés par la. culasse 2 et, d'autre part, par des segments 17 porté; par l'obturateur, qui est de plus muni d'un segment 15 de plus grande largeur constitué par une portion de cylindre, et qui est. appliqué contre le cylin dre 1 par une lame de ressort 16 disposée dan., la gorge correspondante entre l'obturateur el ledit segment.
Pour assurer l'amplitude variable du mouvement alternatif de translation (le faiblr@ amplitude, un autre mode (le réalisation uti lisant un entraînement élastique est repré senté sur les fi-. 7, 8, 9 et 11_l. La disposi- lion générale est analogue à, celle du premier mode de réalisation des fig. 1 à 5.
L'obturateur est entraîné dans son mou vement rotatif par une série d'engrenages Jr. Un engrenage hélicoïdal 6, entourant l'obturateur, porte une dent d'entraînement 7 coulissant dans -Lui logement 25 du distri- briteur.
Sur l'arbre de commande de rotation de l'obturateur, un excentrique 30 attaque Lui levier basculeur 31 portant un ressort lames 32 solidaire de l'obturateur. sans pour cela gêner sa rotation, par la. gorge 33.
Ce ressort est établi de telle sorte que sa force de tension, résultant du déplacement de l'excentrique, soit supérieure aux effort de frottement dit distributeur sur ses appuis de façon. que l'obturateur subisse sûrement. le déplacement alternatif de translation vi vant l'axe. Pour être certain que ce mouve ment ait lieu malgré la diminution de l'ef fort de tension, du ressort à l'usage, le res sort se meut entre deux becs 20 du levier basculeur<B>31</B> de telle sorte que le jeu du res sort entre ces becs soit inférieur à la. course de l'excentrique.
L'obturateur est: soumis dans son mouve ment alternatif à des forces d'inertie varia bles d'où il résulte pour le ressort à lame 32 des tensions variables et conséquemment des flèches ou courses variables qui viennent diminuer ou amplifier la. course constante de l'excentrique. La. forme des becs 20 du le vier basculeur est telle que les lames du res sort viennent successivement reposer sur les parois intérieurs de ces becs, quand la flèche du ressort augmente.
Il y a intérêt pour que le rodage des pa rois en contact avec les différents éléments obturateurs ne présente aucune solution de continuité, à ce que les intervalles entre les éléments obturateurs 10 et 11 soient égaux ou légèrement inférieurs à l'amplitude mini mum du mouvement alternatif résultant de celui de l'excentrique combiné à l'oscillation de flexion du ressort à lames du basculeur.
La lubrification de l'obturateur se fait, par exemple, par la projection d'huile de l'arbre moteur et de la bielle sur la partie inférieure de l'obturateur et de là, cette huile est montée à la partie supérieure par une rainure hélicoïdale convenablement creusée sur la paroi externe du distributeur, le sens de l'hélice étant tel que la. rotation de l'ob turateur entraîne cette huile de la partie basse vers la partie haute.
Enfin, un dernier mode de réalisation (fig. 11 à 14) permet d'obtenir une course variable et indépendante du mouvement al ternatif de l'obturateur par entraînement pneumatique et automatique.
L'obturateur reçoit son mouvement rota tif par l'intermédiaire d'engrenages 61,<B>62,</B> 63 et 64. Le dernier engrène avec une cou ronne à denture hélicoïdale 6 entourant l'ob turateur et solidaire de ce dernier par une dent d'entraînement 7 s'engageant dans un logement 25 ménagé à la. partie inférieure de l'obturateur, ce qui a. pour but de soustraire l'obturateur aux réactions des engrenages de commande dudit obturateur, tout en lui per mettant d'exécuter son mouvement alternatif rectiligne de faible amplitude variable.
Ce mouvement alternatif rectiligne de l'obturateur est obtenu de la façon suivante: L'obturateur, à sa partie supérieure où se trouvent les lumières, a un alésage plus petit (ou plus grand) que celui de sa partie inférieure où se meut le piston, de telle sorte que la pression variable régnant dans la chambre de combustion s'exerce sur le gra din ou épaulement 35.
La surface du gradin ou épaulement est calculée pour que la pression d'explosion sur ce gradin soit suffisante pour vaincre les frottements de l'obturateur sur le cylindre, ainsi que les frottements résultant de la pres sion des plaques obturatrices 8 et des seg ments 10 sur l'obturateur. L'obturateur est ainsi soumis suivant l'axe y-y' à une pres sion variable, qui est fonction de la sur face du gradin. C'est donc une action phy sique et automatique qui donne naissance au mouvement alternatif, rendu variable par l'action .du ressort à lames de rappel et amor tisseur 32 solidaire de l'obturateur par l'in termédiaire de la gorge 33 ménagée dans le bas de l'obturateur, et dans laquelle les lames maîtresses sont engagées.
Ce ressort est en effet chargé de rappeler l'obturateur par sa tension concurremment avec la dépres sion d'admission sur le gradin 35, lors des phases d'admission et d'échappement, sans pour cela gêner sa rotation.
Sa puissance est fonction de la surface du gradin, et sa flexibilité est calculée pour qu'il existe une relation constante entre le déplacement relatif de l'obturateur et celui du piston; l'arrêt même momentané de ce dé placement ayant comme conséquence immé diate des fuites de gaz préjudiciables au bon rendement du moteur.
Le ressort amortisseur 32 est constitué par des lames de différentes longueurs assem blées et serrées par des boulons b dans un support 36, dont les faces internes inclinées se terminent par les deux. becs 20.
L'obturateur étant soumis, dans son mou vement alternatif rectiligne de faible ampli tude, à des forces d'inertie variables suivant le régime de marche du moteur, il en résulte que le ressort à lames 32 subit des tensions et des flexions variables qui viennent dimi nuer ou amplifier le mouvement alternatif de l'obturateur.
Comme on le comprend aisément, les plans inclinés et les deux becs 20 du support 36, qui diminuent ou augmentent la longueur du ressort suivant que certaines lames, pen dant le mouvement de l'obturateur entrent en contact avec ce support, limitent. ainsi automatiquement l'amplitude des oscillations rectiligne, de l'obturateur: il en résulte en effet. automatiquement une variation de la flexibilité du ressort due à la variation de longueur du bras de levier du ressort.
Ainsi qu'il vient d'être exposé le mouve ment alternatif de l'obturateur étant entière ment pneumo-automatique et complètement indépendant du mouvement rotatif, par suite de l'absence de toute liaison mécanique entre ces mouvements, il s'ensuit que le moindre défaut de fonctionnement de l'obturateur se révèle instantanément par la cessation immé diate, ou même l'irrégularité du mouvement alternatif de l'obturateur, ce qui est un signe préeurseur et certain de dégâts prochains.
Pour permettre de s'en assurer aisément, un doigt témoin oscillant 37 dont une des ex trémités s'engage dans la. gorge 16 de l'ob turateur et l'autre extrémité débouche à. l'ex térieur du cylindre, révèle de façon perma nente et instantanée le fonctionnement al ternatif de l'obturateur et signale qu'il y a lieu d'arrêter le moteur en cas de fonctionne ment anormal.
Ce mode de contrôle de bon fonctionne ment alternatif de l'obturateur par témoin peut être remplacé par tous dispositifs mé caniques ou électriques à visibilité directe ou indirecte et présente évidemment un intérêt capital pour les moteurs d'aviation. Il va de soi que ce mode de contrôle pourrait être ap pliqué aux modes de réalisation décrits pré cédemment.
Le mouvement alternatif variable de l'ob turateur, qui assure le fonctionnement et le graissage des segments de culasse et des élé ments obturateurs, a donc comme conséquence directe l'étanchéité de la chambre de com bustion, et sa faible amplitude, suffisante pour le bon fonctionnement, est, en outre, fa- vorable à l'obtention des grandes vitesses de rotation, les forces d'inertie alternatives de l'obturateur étant pratiquement nulles.
En effet, les phases de la distribution ne sont produites que par le mouvement rotatif de l'obturateur, contrairement à ce qui se passe dans certains moteurs sans soupapes à chemises à mouvement alternatif, ou à. che mises animées d'un mouvement rotatif-alter- natif en même temps que d'un mouvement alternatif rectiligne suivant l'axe de la. che mise, où les phases de la distribution sont dues au mouvement alternatif ou au mouve ment alternatif et rotatif.
Dans ces distri butions, l'amplitude de ces mouvements dé pend de la. hauteur des lumières, qu'il est né cessaire d'augmenter pour atteindre de grandes vitesses de rotation, puisqu'il est im possible de les agrandir circulairement, et qui, au fur et à mesure qu'elle augmente, ac croît en proportion les forces d'inertie alter natives qui limitent automatiquement la. v i tesse maximum du moteur.
L'arrangement de distribution décrit formé de deux mouvements bien distincts et indépendants, l'un circulaire continu, pour la distribution, et l'autre alternatif et rec tiligne de faible amplitude pour assurer à la fois le graissage, le rodage de l'obturateur et son étanchéité. évite complètement ce cer cle vicieux.
Il peut être étendu à. tous les moteurs à deux, quatre, six temps etc. à explosion, à combustion, à vapeur, à air comprimé ou hy drauliques, ainsi qu'aux pompes, aux com presseurs, etc.