FR2462551A1 - Procede de commande de la rotation de l'arbre moteur d'un moteur a combustion externe et moteur a combustion externe comportant application dudit procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES MOTEURS A COMBUSTION EXTERNE. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE EN CE QU'ON FORME LE SIGNAL DE COMMANDE DE ROTATION DE L'ARBRE MOTEUR 5 SOUS FORME D'OSCILLATIONS SYMETRIQUES PERIODIQUES NON DECROISSANTES D'UNE VALEUR ALTERNEE, OU DE SIGNE VARIABLE, LES DUREE DES INTERVALLES ENTRE LES VALEURS POSITIVES ET NEGATIVES DESDITES OSCILLATIONS ETANT EGALES ENTRE ELLES, ET ON REGLE LA FREQUENCE DESDITES OSCILLATIONS A UNE VALEUR EGALE A UNE VITESSE DETERMINEE DE ROTATION DE L'ARBRE MOTEUR, LA VARIATION DU DEPLACEMENT DE L'ORGANE OPERATOIRE EN FONCTION DU TEMPS CORRESPONDANT A LA VARIATION DU SIGNAL DE COMMANDE OSCILLATOIRE, ET ON FAIT ENSUITE VARIER LA VALEUR INSTANTANEE DU SIGNAL DE COMMANDE PROPORTIONNELLEMENT A LA VARIATION DE LA CHARGE SUR L'ARBRE MOTEUR 5. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX MOTEURS THERMIQUES A PISTONS.

Description

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La présente invention concerne le domaine de la construction des moteurs et a notamment pour objet un procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur d'un moteur à combustion externe et un moteur à combustion

externe du type dit de Roussine.

Il est plus avantageux d'appliquer la présente invention aux moteurs

thermiques à pistons.

La crise énergétique, qui s'est répandue dans plusieurs pays, et la pollution catastrophique de l'atmosphère des grandes villes par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne utilisés actuellement ont posé avec acuité le problème important de la mise au point d'un moteur dont l'arbre moteur tournerait avec un couple moteur maximal constant ne dépendant plus de sa vitesse de rotation et dont la vitesse de rotation serait stable et régulière dans une large plage de vitesses de rotation à partir de zéro jusqu'à une valeur maximale de l'ordre de 5000 tr/mn sans faire appel à un volant ni à un régulateur de vitesse, qui pourrait fonctionner avec n'importe quel combustible facile à se procurer, ne polluerait que d'une manière insensible l'atmosphère par les gaz d'échappement et développerait une grande puissance pour un faible poids et un encombrement réduit, posséderait un haut rendement, serait à reprises franches, serait hautement économique, fiable et de conduite simple, c'est-à-dire un moteur qui ne nécessiterait plus aucune boîte de vitesses et aucun embrayage sur le moyen

de transport.

Un inconvénient important des moteurs à combustion interne réside en ce que l'arbre moteur tourne d'une manière irrégulière, ce qui est le résultat

du principe sur lequel est fondé son fonctionnement. Pour réduire l'irrégula-

rité de rotation de l'arbre moteur, on a recours à un volant assez massif, dont le poids constitue 15 à 20 o du poids du moteur, ce qui diminue la capacité d'accélération ou de reprise du moteur et son rendement, et augmente

son poids et son encombrement.

Un autre inconvénient de ces moteurs réside en ce que le couple moteur à l'arbre moteur dépend dans une grande mesure de sa vitesse de rotation, le couple moteur étant d'autant plus grand que la vitesse de rotation de l'arbre d'entrainement est élevée, et vice versa. Pour cette raison, quand un tel moteur est utilisé sur un moyen de transport, il faut, pour mettre ce moyen de transport doucement en marche, que l'arbre moteur tourne à faible vitesse et que le couple moteur soit élevé. Pour cela, on fait appel à une boite de vitesses et à un embrayage. L'embrayage est aussi nécessaire pour la raison que, sans embrayage, il est impossible de démarrer le moteur à combustion

interne sous charge.

Il convient de noter, de plus, que les moteurs à combustion interne de grande puissance nécessitent un régulateur de vitesse approprié, car, autrement, le moteur peut s'emballer. Toutefois ce régulateur fait varier la vitesse de rotation de l'arbre moteur en agissant sur le débit de combustible, c'est-à-dire que pour diminuer la vitesse de rotation de l'arbre moteur il

diminue le débit de combustible. Il en résulte une baisse du couple moteur.

Il s'ensuit que les moteurs à combustion interne n'assurent pas une rotation stable et régulière de l'arbre moteur, ni un couple moteur maximal constant à l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation

à partir de zéro jusqu'à la valeur maximale.

Il extiste aussi des moteurs à combustion externe, par exemple, des moteurs thermiques à pistons, qui possèdent, en comparaison des moteurs à combustion interne, une vitesse de rotation plus régulière de l'arbre moteur, qui sont plus économiques et ne nécessitent pas, pour leur fonctionnement, des combustibles difficiles à se procurer, et qui polluent moins l'atmosphère

par les gaz usés.

Cependant, ils sont caractérisés par des inconvénients sérieux. Les inconvénients principaux résident dans l'irrégularité et l'instabilité de la rotation de l'arbre moteur, dues à la dépendance étroite de la vitesse de rotation de l'arbre moteur vis-à-vis de la pression du fluide moteur et de la charge, le faible couple moteur à l'arbre moteur aux faibles vitesses de rotation, la plage limitée de vitesses de rotation, la nécessité d'utiliser un volant et un régulateur de vitesse, la faible capacité d'accélération ou de reprise, ainsi que l'impossibilité d'une inversion de marche rapide et

d'un arrêt instantané.

La rotation irrégulière et instable de l'arbre moteur résultent de ce que les moteurs thermiques à pistons sont conçus avec une réaction mécanique positive rigide par rapport à la position du piston. Cette réaction positive provoque un emballement du moteur en cas d'accroissement de la pression du fluide moteur arrivant au distributeur à tiroir à partir d'une source de fluide, et de rotation irrégulière de l'arbre moteur aux faibles vitesses

de rotation.

Les inconvénients mentionnés des moteurs thermiques à pistons ont

limité le domaine de leur emploi sur les moyens de transport.

- 3- Il existe aussi des moteurs électriques à courant continu qui sont caractérisés par une rotation plus régulière de l'arbre moteur en comparaison des moteurs à combustion externe. Toutefois, ces moteurs ne sont pas dépourvus d'inconvénients importants qui limitent leur domaine d'utilisation sur les moyens de transport. En premier lieu, il faut noter l'instabilité du couple moteur à l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation qui est due à ce que la vitesse de rotation de l'arbre moteur et le couple moteur à celui-ci sont directement proportionnels au courant dans l'enroulement de l'induit du moteur électrique. De ce fait, au moment du démarrage du moyen de transport, lorsque l'arbre moteur tourne à faible vitesse, le couple moteur développé à l'arbre du moteur est minimal, tandis que le couple moteur à l'arbre moteur nécessaire pour le départ doux du moyen de transport doit être maximal. En deuxième-lieu, il faut mentionner la vitesse instable de rotation de l'arbre moteur du moteur électrique, pour un courant constant dans l'enroulement de l'induit, en cas de variation de la charge appliquée à l'arbre moteur du moteur. En troisième lieu,- les moteurs électriques mentionnés ne peuvent pas être arrêtés dans une position donnée de l'arbre moteur, et leur

marche ne peut être inversée pratiquement instantanément.

On connait un procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur d'un moteur à pistons à combustion externe, ainsi qu'un moteur à pistons à

combustion externe, par exemple une machine à vapeur.

Ce procédé de commande connu consiste en ce qui suit.

Tout d'abord, un signal de commande est formé pour un organe de commutation et est ensuite transformé en déplacement mécanique d'un organe opérat6ire ou d'exécution. Ensuite ce déplacement mécanique de l'organe opératoire est transformé par un convertisseur en rotation de l'arbre moteur du moteur. Après cela, un signal mécanique proportionnel au sinus (cosinus) de l'angle de rotation de l'arbre moteur est formé à l'aide d'un deuxième convertisseur de la rotation de l'arbre en un mouvement de va-et-vient d'un élément de réaction mécanique positive qui forme un signal de commande dudit

organe de commutation.

Ce signal de commande est généralement d'une valeur alternée et sa forme peut avoir un caractère quelconque dépendant des différentes charges, de la pression du fluide moteur, etc., cette forme pouvant être par exemple trapézoïdale, triangulaire, sinusoïdale tronquée, parabolique, hyperbolique, etc. La fréquence du signal de commande est égale à la valeur réelle de la vitesse de rotation de l'arbre moteur et varie en fonction de la charge

appliquée à l'arbre moteur et de la pression du fluide moteur.

Le moteur à pistons à vapeur mettant en oeuvre ce procédé connu comporte un vérin de commande dans lequel est placé un piston faisant office d'organe opératoire et pouvant réaliser un mouvement de va-et-vient. La tige du piston est reliée à l'ensemble bielle-manivelle de l'arbre moteur du moteur, cet ensemble faisant fonction de convertisseur du mouvement de va-et-vient de l'organe opératoire en rotation de l'arbre moteur du moteur. Le piston divise la cavité du vérin en deux enceintes: une enceinte sans tige et une enceinte à tige. Chacune des enceintes est mise en communication avec une source de vapeur par l'intermédiaire d'un distributeur à tiroir faisant fonction d'organe de commutation. L'arbre moteur du moteur est relié rigidement à un deuxième ensemble biellemanivelle fonctionnant comme un convertisseur de la rotation de l'arbre moteur en mouvement de va-et-vient d'une barre jouant le rôle d'un élément de réaction mécanique positive et articulée par l'une de ses extrémités audit deuxième ensemble bielle-manivelle et, par son autre

extrémité, audit tiroir.

Du fait que le mouvement rotatif de l'arbre moteur est conditionné par la présence de la réaction mécanique positive entre l'arbre moteur et le tiroir, cette rotation est en principe instable, ce qui, aux pressions élevées du fluide moteur provoquent un emballement du moteur, et aux pressions faibles du fluide moteur, conduisent à une irrégularité de la rotation. De ce fait, on est obligé de monter des régulateurs de vitesse et des volants assez encombrants, ce qui limite la plage des vitesses de rotation de l'arbre

moteur et diminuent la capacité de reprise du moteur.

Par suite de la grande irrégularité de la rotation de l'arbre moteur, il est impossible d'assurer, à l'aide du procédé en question, un couple moteur constant à l'arbre. Les charges d'inertie qui en résultent agissent sur l'arbre moteur et imposent donc une augmentation -du poids et de l'encombrement

du moteur pour satisfaire aux exigences de robustesse de ce dernier.

Selon ce procédé, la vitesse de rotation-de l'arbre moteur du moteur est réglée en variant la pression du fluide moteur. De ce fait, le couple moteur décroît aux faibles vitesses et, pour cette raison, il est indispensable de faire appel à une boite de vitesses et un embrayage pour monter ce moteur sur un moyen de transport. Ces mesures conduisent à une augmentation du poids, à une complication de la conception, à de grandes pertes mécaniques et à une

baisse du rendement.

En outre, ce moteur, possédant une réaction mécanique positive, ne peut pas effectuer la variation du débit du fluide moteur proportionnellement à la charge, ce qui cause une baisse des performances économiques. Pour cette raison, il est impossible d'arrêter ou d'inverser instantanément la marche d'un tel moteur. Par suite de la présence de l'élément de réaction mécanique positive, le procédé connu qui vient d'être décrit n'assure pas la stabilité et la régularité de la rotation de l'arbre moteur du moteur dans une large plage de vitesses pour un couple moteur constant audit arbre, ainsi qu'une vitesse de rotation réelle univalente ou de valeur égale à une vitesse donnée de rotation de l'arbre moteur lors de variations de la charge appliquée

à l'arbre et de variations de la pression du fluide moteur.

On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur d'un moteur à combustion externe qui assurerait une rotation stable et régulière de l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation et de charges, et une vitesse de rotation réelle de l'arbre moteur univalente ou de valeur kale à une 'mleurdonie de la vitesse de rotation, et de mettre au point un moteur à combustion externe dont le rendement serait augmenté grâce à la baisse des pertes mécaniques et à l'introduction d'une contre-réaction relativement à la position de l'organe opératoire du moteur, et dont la puissance maximale serait élevée grâce à la réduction de son poids et de son encombrement, tout en permettant d'obtenir un moteur de construction simple, fiable, économique et possédant une haute

capacité d'accélération ou de reprise et une grande durée de vie.

Ce problème est résolu du fait que le procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur d'un moteur à combustion externe, du type consistant à former un signal de commande pour un organe de commutation et à le transformer ensuite en un mouvement mécanique d'un organe opératoire ou d'exécution, ce signal étant transformé ensuite par un convertisseur en rotation de l'arbre moteur, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que le signal de commande formé se présente sous forme d'oscillations symétriques périodiques non-décroissantes d'une valeur alternée ou de signe variable, les durées des intervalles de temps entre les valeurs positives et négatives desdites oscillations étant égales entre elles, et règle la fréquence desdites oscillations à une valeur égale à une vitesse donnée de rotation de l'arbre moteur, la variation du déplacement dudit organe opératoire dans le temps correspondant à la variation du signal de commande, et on varie ensuite la valeur instantanée du signal de commande proportionnellement à la variation

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de la charge sur l'arbre moteur.

Ce procédé assure une rotation stable de l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation de celui-ci et de charges appliquées à l'arbre moteur, ainsi qu'une vitesse réelle de la rotation de l'arbre moteur univalent ou de valeur correspondant à une valeur donnée de la fréquence du signal de

commande oscillatoire.

La rotation stable de l'arbre moteur lors de variations de la charge à partir de zéro jusqu'à la valeur maximale exclut à la fois le risque d'emballement du moteur et le risque d'arrêt de celui-ci, et permet donc

d'élargir la plage entre les vitesses maximale et minimale de son arbre moteur.

Il est avantageux que le signal de commande formé soit un signal de caractère sinusoïdal dont la valeur actuelle au moment du début de la rotation de l'arbre moteur du moteur soit égale à zéro et croit ensuite

jusqu'à sa valeur maximale, égale à l'amplitude de ce signal de commande.

Le procédé conforme à l'invention assure une rotation régulière de l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation à partir de zéro jusqu'à la valeur maximale et de charges à partir de zéro jusqu'à la valeur maximale. De plus, l'application de ce procédé à un moteur augmente sa puissance à la suite de l'augmentation des couples moteurs maximaux, élève son rendement grâce à la réduction des pertes mécaniques, améliore les performances économiques grâce au déplacement proportionnel de l'organe de

commutation en fonction de la charge.

En appliquant ce procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur on obtient une indépendance de la vitesse de rotation de l'arbre moteur visà-vis de la pression du fluide moteur provoquant le déplacement de l'organe opératoire, ce qui permet d'obtenir de grandes puissances sans risque

d'emballement du moteur.

La baisse des pertes mécaniques est résultant de la réduction des forces d'inertie agissant sur l'arbre moteur, de la diminution des forces de frottement grâce à la diminution des dimensions de l'arbre moteur, de la suppression des régulateurs de vitesses spéciaux, de la réduction des

dimensions du volant et la diminution des oscillations de torsion.

Il est possible de varier la polarité du signal de commande formé.

Un tel procédé de commande assure une variation pratiquement instantanée du sens de rotation de l'arbre moteur, ce qui accroît notablement l'aptitude de moyen de transport utilisant le moteur à changer de sens de marche,

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autrement dit, il élève sa manoeuvrabilité.

Pour changer le sens de rotation de l'arbre moteur dans les moteurs connus, par exemple dans les moteurs thermiques à pistons connus, il est indispensable de réduire à zéro le couple à l'arbre moteur, c'est-à-dire, d'arrêter le moteur, ensuite de désaccoupler l'arbre du moteur de-l'arbre du moyen de transport, et ensuite, de changer mécaniquement la position de l'organe de commutation et de relier de nouveau l'arbre moteur du moteur à

l'arbre du moyen de transport. Ceci fait, on redémarre le moteur.

Tout cela conduit à une augmentation considérable du temps nécessaire au changement du sens de rotation de l'arbre moteur dans les moteurs connus, à

une complication de leur utilisation et à une baisse de leur fiabilité.

Il est recommandé de former encore un signal de commande oscillatoire pour un deuxième organe de commutation, décalé par rapport au signal précédent d'un angle de phase constant égal sensiblement à l'angle de rotation du deuxième convertisseur par rapport au premier convertisseur. Cette opération permet d'obtenir une régularité et une stabilité pratiquement absolues de la rotation de l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation allant de zéro à la valeur maximale, pour un couple moteur constant audit arbre. La formation de signaux oscillatoires de commande dont l'un est décalé par rapport au précédent d'un angle de phase constant égal à l'angle de rotation du premier convertisseur par rapport au deuxième, par exemple de 900, l'effort agissant sur le premier convertisseur est proportionnel au sin/cos de l'angle de rotation de l'arbre moteur, tandis que l'effort agissant sur le deuxième convertisseur est proportionnel au cos/sin de l'angle de rotation dudit arbre. Alors, le couple à l'arbre moteur résultant de ces efforts sera égale à la somme de deux composantes, dont l'une est proportionnelle à sin t (cos2 t et l'autre, à cos2 l(sin2Lp ou test l'angle de rotation de l'arbre moteur du moteur, ce qui, comme on le sait, une valeur constante sin t+ cos2? = 1 ne dépendant pas de l'angle de rotation de l'arbre moteur et, par

conséquent, de la vitesse de l'arbre moteur.

Dans les moteurs o on a appliqué le principe mentionné, on a supprimé le volant, et on a donc réussi à augmenter la capacité de reprise ou d'accélération du moteur, à réduire le poids et l'encombrement du moteur et à

en simplifier aussi la conception.

Il est désirable que la valeur constante du signal de commande formés

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correspondant à la position prescrite de l'organe opératoire, soit égale à la

valeur instantanée du signal oscillatoire de commande au moment de l'interrup-

tion de la rotation de l'arbre.

Cette disposition conduit pratiquement à une interruption instantanée de la rotation de l'arbre moteur, et donc, à la suppression des à-coups et des chocs de l'arbre moteur lors de l'interruption de la rotation. Ceci contribue à

une augmentation notable de la fiabilité et de la durée de vie du moteur.

Le problème exposé plus haut est aussi résolu du fait que le moteur à combustion externe, comportant un vérin de commande dans lequel un piston à tige est monté de manière à pouvoir réaliser un mouvement de va-etvient, ledit piston jouant le rôle d'un organe opératoire ou d'exécution et divisant la cavité du cylindre en deux enceintes, dont une enceinte sans tige et une enceinte à tige, chaque enceinte étant mise en communication avec une source de fluide moteur par un distributeur à tiroir faisant fonction d'organe de commutation, la tige du piston étant reliée cinématiquement à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'un ensemble bielle-manivelle faisant fonction de convertisseur du déplacement de vaet-vient du piston en rotation de l'arbre moteur, est caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'il est équipé d'un générateur d'oscillations électriques dont la fréquence est réglable en fonction d'une vitesse de rotation donnée de l'arbre moteur, ledit générateur étant relié électriquement à un convertisseur sous forme d'un élément dynamique linéaire relié mécaniquement.au tiroir du distributeur, ainsi que d'un capteur de la valeur actuelle de la position du piston par rapport à sa position neutre, ce capteur étant relié au convertisseur par une réaction électrique

négative, et à la tige du piston, par une liaison mécanique.

Une telle réalisation constructive du moteur à combustion externe conduit à une augmentation du rendement et de la puissance maximale tout en réduisant le poids et l'encombrement du moteur, en simplifiant sa conception

et en améliorant ses performances économiques, sa fiabilité et sa longévité.

Elle permet en auite de mettre le moteur enmarche sous cbarxg,1'emploi du génémrteur d'oesoiUatkium 6Jtzicles à frécpence r églable en omeihison aveo un ooexrtisseur exz&uM sEOU fame d'i &Lment c9naniqJe JiraiTe ass.e me rotati on stable e 11'arle moteur danseur lEffl 2f dbesoes de mtEkiLa allant de z4i à l valeur maximale, ainsi qu'une valeur réelle de la vitesse de rotation de l'arbre moteur univalente ou de valeur correspondant à une valeur donnée de la fréquence des oscillations électriques

du générateur.

Le capteur de la valeur actuelle de la position du piston par rapport à sa position neutre, relié électriquement au convertisseur et mécaniquement à la tige de piston du vérin de commande sert à former la contre-réaction électrique grâce à laquelle on assure une rotation stable de l'arbre moteur du moteur lors de variations de la charge dans une plage allant de zéro à une

valeur maximale et de variations de la pression du fluide moteur.

De plus, la présence d'une réaction électrique négative augmente les performances économiques grâce à la variation automatique du débit de fluide

moteur en fonction de la variation de la charge sur l'arbre moteur.

Il est avantageux que la contre-réaction électrique soit formée par un premier amplificateur opérationnel, dont l'entrée non inverseuse est connectée au générateur, son entrée inverseuse, au capteur de la valeur actuelle de la position du piston par rapport à sa position neutre, tandis que sa sortie est

reliée au convertisseur.

On a recours audit amplificateur opérationnel pour réaliser par des moyens simples la contre-réaction électrique et l'amplification des oscillations électriques du générateur et du capteur de la valeur actuelle de

la position du piston.

Il est recommandé de munir le moteur d'un commutateur branché dans le ci] cuit générateur-amplificateur opérationnel et qui, dans l'une de-ses positions, coupe le circuit entre le générateur et l'amplificateur opérationnel tandis que dans une deuxième position, il les relie directement entre eux et que dans une troisième position il est relié à la sortie d'un deuxième

amplificateur opérationnel, dont l'entrée inverseuse est reliée au générateur.

L'introduction de ce commutateur assure, par des moyens simples, un démarrage rapide et une inversion pratiquement instantanée du sens de rotation de l'arbre moteur du moteur, ainsi que son arrêt seulement au moment

o le piston se trouve au point mort (en position neutre).

Il est utile de prévoir dans le moteur à combustion externe un dispositif pour l'interruption de la rotation de l'arbre moteur dans une position donnée du piston, ce dispositif formant un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande au moment de l'interruption de la rotation, la sortie dudit dispositif étant reliée par l'intermédiaire d'un commutateur à sa propre entrée au moyen d'un circuit de réaction positive d'inertie et à l'entrée non inverseuse du premier amplificateur opérationnel, le circuit électrique générateur-premier amplificateur opérationnel étant alors coupé. - 10- 246255 t Ce dispositif assure l'interruption pratiquement instantanée de la rotation de l'arbre moteur du moteur dans une position prédéterminée quelconque du piston, et supprime de la sorte les à-coups et les chocs de l'arbre moteur

à l'interruption de sa rotation.

Il est avantageux que le moteur à combustion externe à pistons soit muni d'un deuxième vérin de commande dans lequel un piston à tige est placé de manière à pouvoir réaliser un mouvement de va-et-vient et divise la cavité du vérin en deux enceintes: une enceinte sans tige et une enceinte avec tige, dont chacune est mise en communication avec la source de fluide moteur par l'intermédiaire d'un deuxième distributeur à tiroir, la tige dudit piston est reliée cinématiquement, par l'intermédiaire d'un deuxième ensemble bielle-manivelle, à l'arbre moteur, la position de départ du piston du deuxième vérin étant décalé par rapport à la position du piston du premier

vérin de commande d'une valeur constante correspondant à l'angle de -

de phase de la rotation de deuxième ensemble bielle-

manivelle par rapport au premier _ ensemble bielle-manivelle le moteur étant en outre équipé d'un deuxième convertisseur de signal électrique en mouvement mécanique du tiroir du deuxième distributeur, ce convertisseur étant réalisé sous forme d'un élément linéaire dynamique relié mécaniquement au tiroir du deuxième distributeur et électriquement à un bloc de décalage constant de phase entre le signal arrivant du premier amplificateur opérationnel et le signal apparaissant à la sortie dudit bloc, celui-ci étant

relié au premier amplificateur opérationnel.

Cette conception constructive du moteur assure un couple constant à l'arbre moteur dans toute la plage des vitesses de rotation allant de zéro à une valeur maximale sous une charge donnée, ainsi qu'une rotation d'une régularité et d'une stabilité pratiquement absolues de l'arbre moteur dans

ladite plage de vitesses.

Le moteur conforme à l'invention est simple, son poids et son encombrement sont réduits. Il est caractérisé par une haute capacité de reprise et une fiabilité élevée grâce à la suppression du volant, du régulateur de vitesse spécial, du-mécanisme d'embrayage et de la botte de vitesses. Il est possible de prévoir dans le moteur à pistons un deuxième vérin de commande dans lequel un piston à tige est monté de manière à effectuer un mouvement de va-et-vient et divise la cavité du vérin en deux enceintes: une

- il -

enceinte sans tige et une enceinte avec tige, dont chacune est mise en communication avec la source de fluide moteur par l'intermédiaire d'un

deuxième distributeur à tiroir, la tige dudit piston étant reliée cinématique-

ment par l'intermédiaire d'un deuxième ensemble bielle-manivelle à l'arbre moteur, la position de départ du piston dudit deuxième vérin de commande étant décalée par rapport à la position du piston du premier vérin de commande d'une valeur constante correspondant à l'angle de phase de la rotation du deuxième ensemble bielle-manivelle par rapport au premier ensemble bielle-manivelle, ainsi qu'un deuxième convertisseur de signal électrique en mouvement mécanique du tiroir du deuxième distributeur, ledit deuxième convertisseur étant réalisé sous forme d'un élément linéaire dynamique relié mécaniquement au tiroir du deuxième distributeur et électriquement à la sortie d'un troisième amplifica teur opérationnel, dont l'entrée non inverseuse est reliée par l'intermédiaire dudit commutateur à la sortie d'un bloc de décalage de phase constant dont l'entrée est reliée électriquement au générateur,tandis que son entrée inverseuse est reliée électriquement par une réaction électrique négative au capteur de la valeur actuelle de la position du piston du deuxième vérin de commande par rapport à son point mort (position neutre), ce capteur étant

relié mécaniquement à la tige du piston du deuxième vérin de commande.

Le moteur ainsi réalisé possède tous les avantages mentionnés plus haut,mais son circuit électronique de commande du tiroir du distributeur est plus simple, de sorte que la dérive du zéro des amplificateurs opérationnels influe

moins sur la vitesse de rotation de l'arbre moteur.

Il est recommandé de prévoir dans le moteur à combustion externe à pistons un deuxième dispositif pour l'interruption de la rotation de l'arbre moteur dans une position prédéterminée du piston du deuxième vérin de commande, ce dispositif formant un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande au moment d'interruption de la rotation, la sortie de ce dispositif étant reliée par l'intermédiaire d'un commutateur à sa propre entrée au moyen d'un circuit de réaction positive d'inertie, ainsi qu'à l'entrée non inverseuse d'un troisième amplificateur opérationnel, le circuit électrique générateur-troisième amplificateur opérationnel étant, dans ce cas, coupé. Ce dispositif assure lui aussi une interruption pratiquement instantanée de la rotation de l'arbre moteur du moteur dans une position

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prédéterminée des pistons, ce qui exclut, dans un moteur multicylindrique,

les à-coups et les chocs de l'arbre moteur à l'interruption de sa rotation.

En cas d'utilisation d'un seul dispositif pour l'interruption de la rotation de l'arbre moteur, toutes les pièces mobiles du moteur risquent de se trouver dans un état de tension, de sorte que l'interruption de la rotation de l'arbre n'est pas assurée, d'o un risque de casses dans le moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages

de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui

va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:

- la figure 1 représente d'une manière schématique un moteur à combus-

tion externe conforme à l'invention (vue en perspective isométrique); - la figure 2 représente un moteur à combustion externe de Roussin conforme à l'invention, muini d'un commutateur (vue en perspective isométrique); - la figure 3 représente un moteur à combustion externe conforme à l'invention, muni d'un dispositif pour l'interruption de la rotation de l'arbre moteur dans une position déterminée du piston (vue en perspective isométrique), la figure 4 représente un moteur à combustion externe conforme à

l'invention, comportant deux vérins de commande (vue en perspective isométri-

que); - la figure 5 illustre une variante de réalisation du moteur à combustion externe à deux vérins de commande, conforme à l'invention (vue en perspective isométrique); - la figure 6 représente un moteur à combustion externe comportant, conformément à l'invention, un deuxième dispositif pour l'interruption de la rotation de l'arbre moteur dans une position déterminée du piston du

deuxième vérin de commande (vue en perspective isométrique).

Le procédé proposé pour la commande de la rotation de l'arbre moteur du moteur à combustion externe à piston, par exemple d'un moteur à piston

à vapeur consiste en ce qui suit.

Tout d'abord, le signal de commande pour l'organe de commutation est formé sous forme d'oscillations symétriques périodiques non-décroissantes, dont la valeur est alternée ou de signe variable, et pour lesquelles les durées des intervalles de temps des valeurs positives et négatives sont égales

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entre elles, par exemple sous forme d'oscillations sinusoïdales (cosinusoi-

dales), et la fréquence de ces oscillations est réglée à une valeur égale à une vitesse déterminée de rotation de l'arbre moteur. Ensuite, ce signal oscillatoire de commande est transformé en mouvement mécanique d'un organe opératoire ou d'exécution. La variation du déplacement de l'organe dans le temps correspond à la variation du signal oscillatoire de commande, la valeur dudit signal oscillatoire de commande variant proportionnellement à la variation de la

charge sur l'arbre moteur.

Après cela, le déplacement mécanique de l'organe opératoire est transformé par un convertisseur en mouvement de rotation à une vitesse déterminée de l'arbre moteur, correspondant à la fréquence du signal de

commande oscillatoire.

La valeur actuelle du signal de commande sinusoïdal au moment du début de la rotation de l'arbre moteur est égale à zéro, et elle croit ensuite jusqu'à la valeur maximale (jusqu'à la valeur minimale) égale à l'amplitude

de ce signal de commande oscillatoire.

Un tel procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur assure une rotation stable de l'arbre moteur dans une large plage de vitesses de rotation et de charges appliquées à l'arbre moteur, ainsi qu'une vitesse réelle de rotation de l'arbre moteur univalente ou de valeur égale à une valeur donnée

de la fréquence du signal de commande oscillatoire.

Du fait que la vitesse de rotation de l'arbre moteur est déterminée seulement par la fréquence du signal oscillatoire de commande et ne dépend pas de la valeur de la charge sur l'arbre moteur, un tel procédé permet de supprimer tant l'emballement du moteur que son arrêt, ce qui élargit la plage des vitesses de rotation maximales et minimales et permet d'obtenir des

puissances maximales.

Pour manoeuvrer le moyen de transport lorsqu'on désire inverser le sens de mouvement en un temps minimal, on change la polarité du signal de commande oscillatoire formé, et pour effectuer un arrêt d'urgence dans une position déterminée de l'organe opératoire, on forme un signal de commande oscillatoire, correspondant à cette position déterminée de l'organe opératoire, d'une valeur constante égale à la valeur instantanée du signal de commande oscillatoire, et de signe correspondant au signe de celui-ci au moment de

l'interruption de la rotation de l'arbre moteur.

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On assure ainsi un changement pratiquement instantané du sens de rotation de l'arbre moteur du moteur et, par conséquent, du sens de marche du moyen de transport. De plus, on obtient une interruption pratiquement instantanée de la rotation de l'arbre moteur du moteur dans une position déterminée de l'organe opératoire, en supprimant ainsi le risque d'à-coups

et de chocs de l'arbre moteur en cas d'arrêt d'urgence de l'arbre moteur.

Dans le but d'assurer une rotation régulière dans une large plage de vitesses de rotation, on forme un deuxième signal (signal subséquent) de commande oscillatoire pour un deuxième organe de commutation, qui est décalé par rapport au premier (précédent) d'un angle de phase constant, par exemple de 900, égal sensiblement à la rotation du deuxième convertisseur par rapport

au premier convertisseur.

On assure de la sorte une rotation pratiquement absolument régulière de la rotation dans une large plage de vitesses de rotation, allant de zéro à la valeur maximale, et de charges variant de zéro à la valeur maximale, le couple moteur à l'arbre restant constant dans ladite plage de vitesses, et ce, sans faire appel, dans le moteur mettant en oeuvre le procédé en question, à

des volants ou à des régulateurs de vitesse spéciaux.

Le moteur pneumatique ou hydraulique à vapeur pour le moyen de transport comporte un vérin 1 (figure 1) dans le corps 2 duquel est monté un piston 3 mobile en va-et-vient. Le piston 3 comporte une tige 4, dont une extrémité est liée rigidement au piston 3 et dont l'autre extrémité est articulée à un mécanisme de conversion du mouvement de va-et-vient du piston 3 en mouvement de rotation de l'arbre moteur 5, ce mécanisme se présentant par exemple sous forme d'une manivelle 6. Cette dernière est rigidement liée à l'arbre moteur 5 tournant dans des paliers lisses 7 logés dans le corps 8 du moteur. Un volant 9 est monté sur l'arbre moteur 5. Le piston 3 divise la cavité du vérin 1 en

deux enceintes: une enceinte 10 à tige et une enceinte Il sans tige.

Sur le corps 2 du vérin 1 est monté un distributeur 12 à tiroir et à boîtier, se présentant sous forme d'un bottier plat 13 fixé à une surface soigneusement usinée 14 du corps 2- du vérin 1, appelée "glace du tiroir", sur laquelle le tiroir 15 se déplace en avant et en arrière. Lors de ce déplacement du tiroir 15, ses parois 16, 17 ouvrent ou ferment les ouvertures 18, 19 reliées chacune par un canal 20, 21 aux enceintes 10 et 11 du vérin 1,

respectivement.

L'épaisseur des parois 16, 17 du tiroir 15 est égale à la largeur des

ouvertures 18, 19.

-15- 2462551

Le boîtier 13 à tiroir est mis en communication par l'intermédiaire d'une conduite 22 avec une source de fluide moteur 23, tandis que l'enceinte 24 limitée par la surface intérieure du tiroir 15 et par la surface 14 du corps 2 du vérin 1, est reliée à un canal d'évacuation 25 par lequel est évacué le fluide moteur usé. Le corps 2 du vérin 1 est pourvu d'un oeillet 26 dans l'orifice duquel est disposé un axe 27. A l'aide de l'axe 27 le vérin 1 est assemblé au corps

8 du moteur.

Le moteur pneumatique ou hydraulique à vapeur est muni d'un générateur 28 d'oscillations électriques de fréquence réglable en fonction d'une vitesse déterminée de rotation de l'arbre moteur 5. Le réglage de la fréquence du générateur 28 est effectué à l'aide d'un levier 29. Le générateur 28 d'oscillations électriques est relié électriquement au convertisseur 30 du signal électrique en déplacement mécanique du tiroir 15. Le convertisseur 30 est exécuté sous forme d'un élément dynamique linéaire et se présente sous forme, par exemple, d'un électro-aimant, le déplacement de l'induit 31 duquel

est proportionnel au courant dans son enroulement 32.

L'électro-aimant comporte un stator 33 en fer à cheval, dont les enroulements 34 et 35 sont branchés, par-l'intermédiaire de circuits électriques 36 et 37, à l'électrode positive 38 et à l'électrode négative 39, respectivement, d'une source 40 de courant continu et produisent des flux

magnétiques orientés dans un même sens.

Le commencement de l'enroulement 32 de l'induit 31 de l'électro-aimant est relié-par l'intermédiaire d'un circuit électrique 41 à l'entrée du générateur 28 d'oscillations électriques de fréquence réglable. L'extrémité de l'enroulement 32 de l'induit 31 de l'électro-aimant est connectée par un

circuit électrique 42 au contact mobile 43 d'une résistance variable 44.

La résistance variable 44, dont les contacts fixes 45 et 46 sont reliés respectivement par des circuits 47 et 48 à l'électrode positive 38 et à l'électrode négative 39 de la source de courant continu 40, fait fonction de capteur de la valeur actuelle de la position du piston 3 par rapport à sa position neutre. La résistance 44 est fixée rigidement, par l'intermédiaire d'une tringle 49, au corps 2 du vérin 1, tandis que son contact mobile 43 faisant office de sortie du capteur de valeur actuelle de la position du piston 2 par rapport à sa position moyenne est fixée par l'intermédiaire d'un

isolateur 50 à la tige 4 du piston 3.

- 16 - 2462551

Le stator 33 de l'électro-aimant du convertisseur 30 est fixé au corps 2 du vérin 1 à l'aide d'un support 51. L'induit 31 de l'électro-aimant du convertisseur 30 est monté pivotant par rapport au stator 33 autour d'un axe 52. L'induit 31 est relié mécaniquement à l'aide d'une tringle 53 au tiroir 15. En l'absence de signal électrique dans l'enroulement 32 de l'induit 31,

ce dernier est retenu en position médiane par des ressorts 54 et 55.

Le moteur pneumatique ou hydraulique à vapeur pour moyen de transport

fonctionne de la manière exposée ci-après.

Le générateur 28 d'oscillations électriques forme un signal de commnande oscillatoire pour le tiroir 15, sous forme d'une tension électrique de forme sinusoïdale à fréquence égale à une vitesse de rotation déterminée de l'arbre moteur 5, cette fréquence étant réglée à l'aide du levier 29. Ce signal électrique bet appliqué par l'intermédiaire du circuit 41 à l'enroulement 32 de l'induit 31 de l'électro-aimant et induit dans ce dernier un flux magnétique qui, en coopérant avec le flux magnatique produit dans les enroulements 34 et 35 du stator 53 de la source de courant continu 40 par les circuits 36 et 37, fait tourner l'induit 31 autour de l'axe 52 d'un angle

déterminé proportionnel au signal du générateur 28.

L'induit 31 met le tiroir 15 en mouvement sinusoidal le long de la

surface 14 du corps 2 du vérin 1 par l'intermédiaire de la tringle 53.

Lors de la variation de la tension électrique du générateur 28 de la valeur nulle à la valeur maximale, le tiroir 15 se déplace de sa position

médiane vers la droite.

Pendant ce déplacement se produisent les opérations suivantes: l'orifice.

18 s'ouvre et met en communication le canal 20, par l'intermédiaire de la conduite 22, avec la source de fluide moteur 23, en même temps s'ouvre l'orifice 19, qui met en communication le canal 21 avec le canal de sortie 25, de sorte que l'aire d'ouverture des orifices 18 et 19 se trouve réglée selon

une loi sinus.

Le débit de fluide moteur allant de la source de fluide moteur 23 par la conduite 22 dans le bottier 13 à tiroir et ensuite, par l'ouverture 18 et le canal 20, dans l'enceinte Il sans tige, varie lui-aussi selon une loi sinus, ce qui conduit à un caractère sinusoidal de la variation de la force agissant sur le piston 3, et par conséquent, à un mouvement sinusoidal du piston 3 le long du vérin 1 à partir de sa position médiane jusqu'à une valeur maximale

("point mort" droit) égale à la longueur de la manivelle 6.

-17- 2462551

Lors de la diminution du signal électrique du générateur 28 de sa valeur maximale à la valeur nulle, le tiroir 15 revient à sa position médiane et masque par ses parois 16 et 17 les ouvertures 18 et 19; en conséquence, l'arrivée de fluide moteur dans le vérin 1 s'interrompt et le piston 3 s'arrête dans sa position extrême droite. Lors de la variation subséquente de la tension électrique du générateur 28 de zéro à la valeur minimale, il se produit un déplacement proportionnel du tiroir 15 dans le vérin 1, vers la gauche. Le tiroir 15 ouvre simultanément les ouvertures 18 et 19, de sorte que le fluide moteur usé s'échappe de l'enceinte 11 sans tige du vérin 1 par l'ouverture 18 et le caial20 vers l'enceinte 24 du tiroir 15, et ensuite, par le canal d'évacuation 25 à l'atmosphère, alors que le fluide moteur frais

arrive dans l'enceinte 10 à tige du vérin 1 par l'ouverture 19 et le canal 21.

Le débit de fluide moteur arrivant par l'ouverture 19 et le canal 21 dans l'enceinte 10 à tige du vérin 1 s'effectue suivant une loi sinus et provoque une variation sinusoïdale de la force agissant sur le piston 3, qui provoque un mouvement sinusoïdale du piston 3 le long du vérin1 vers la

gauche, de sa position extrême droite jusqu'à sa position extrême gauche.

Lors de la variation du signal électrique du générateur 28 de la valeur minimale à la valeur nulle, le tiroir 15 revient à sa position médiane et masque par ses parois 16 et 17 les ouvertures 18 et 19; de ce fait le fluide moteur n'arrive plus dans le vérinl et le piston 3 s'arrête dans sa position

extrême gauche.

La valeur du signal électrique du générateur 28 continuant d'augmenter, les phases mentionnées du mouvement du tiroir 15 et du piston 3 se répètent

pendant chaque période de variation du signal électrique du générateur 28.

Ce déplacement du tiroir 15, proportionnel au signal électrique du générateur 28, conduit à un caractère sinusoïdal du déplacement du piston 3, qui est transformé par l'intermédiaire de la tige 4 et de la manivelle 6 en rotation de l'arbre moteur 5 la vitesse de rotation du moteur correspondant alors strictement à la fréquence d'oscillations du signal électrique du générateur 28, qui est égale à la vitesse de rotation et est réglée au moyen

du levier 29.

Pour que l'arbre moteur 5 du moteur ne s'arrête pas au moment o le piston 3 se trouve dans l'une de ses positions extrêmes, on a recours au

volant 9 qui accumule l'énergie de la rotation de l'arbre moteur 5.

Pour obtenir une rotation stable de l'arbre moteur 5 du moteur

_-18 - 24625S 1

indépendamment des vitesses et des charges, il faut assurer une amplitude constante du déplacement du piston 3 par rapport à sa position médiane, qui

est égale en valeur à la longueur de la manivelle 6.

Cette constante est assurée par la réaction négative formée par le capteur de valeur actuelle de la position du piston 3, réalisée sous forme d'une résistance variable 44 dont le contact mobile 43 est relié par la

réaction négative à travers le circuit 42 à l'une des extrémités de l'enroule-

ment 32 de l'induit 31 du convertisseur 30 du signal électrique en mouvement mécanique du tiroir 15. L'autre extrémité de l'enroulement 32 est reliée par

le circuit 41 au générateur 28.

Pendant la rotation de l'arbre moteur 5, le signal électrique prélevé au contact mobile 43 de la résistance variable 44 et constituant une tension électrique proportionnelle à la valeur actuelle de la position du piston 3

par rapport à sa position neutre, est appliqué par le circuit 42 à l'enroule-

ment 32.

Ainsi, le signal électrique résultant agissant dans l'enroulement 32 et, par conséquent, le flux magnétique induit par ce signal dans l'induit 31 et dont la valeur détermine l'angle de rotation de l'induit 31 autour de l'axe 52 et commande l'amplitude de mouvement du piston 3 à l'aide du tiroir 15, est constitué par la différence entre les signaux électriques du générateur 28 et

du contact mobile 43 de la résistance 44.

De ce fait, lors d'une diminution, par exemple, de l'amplitude de déplacement du piston 3 sous l'action de la charge, le signal électrique résultant dans l'enroulement 32 croit. L'angle de rotation de l'induit 31 et l'amplitude de déplacement du tiroir 15 augmentent eux-aussi, ce qui provoque une augmentation de l'amplitude, diminuée dans un premier moment, du

déplacement du piston 3.

Au contraire, lors d'une diminution, par exemple, de la charge sur l'arbre moteur 5, l'amplitude, augmentée dans un premier moment, du

déplacement du piston 3 diminue.

Ainsi, cette réaction négative assure une variation automatique de l'amplitude d'une manière proportionnelle à la charge, ce qui assure une rotation stable et une vitesse de rotation univalente ou de valeur égale à la valeur prescrite, quelle que soit la vitesse de rotation de l'arbre moteur 5 du moteur, et assure également le réglage automatique du débit de fluide

moteur en fonction de la charge, ce qui améliore les performances économiques.

- î9 - 2462551

Pour renforcer le signal électrique résultant agissant dans l'enroulement 32 de l'induit 31 et constitué par la différence entre les signaux électriques du générateur 28 et du contact mobile 43 de la résistance 44, on a introduit dans le circuit 41 un premier amplificateur opérationnel 56, l'entrée non inverseuse 57 duquel est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 58 au générateur 28, et dont l'entrée inverseuse 59 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 60 au contact mobile 43 de la résistance 44. La sortie 61 de l'amplificateur opérationnel 56 est reliée à l'enroulement 32 de l'induit 31 et, par une résistance 62, à son entrée inverseuse 59 par le

circuit de réaction électrique négative.

Pour manoeuvrer le moyen de transport en vue d'en inverser le sens de marche, ou en vue d'arrêter d'urgence le moteur dans la position neutre, du piston 3 on a prévu un commutateur à trois positions 63 et un deuxième

amplificateur opérationnel 64, branchés en parallèle dans le circuit 41.

Le commutateur à trois positions 63 possède un contact mobile 65 et trois contacts fixes 66, 67, 68. L'entrée inverseuse 69 du deuxième amplificateur opérationnel 64 est reliée par une résistance 70 au générateur

2?, et par une résistance 71, à sa sortie 72.

Le contact mobile 65 du commutateur à trois positions 63 est relié à

la résistance 58, tandis que son contact fixe 67 est relié au générateur 28.

Le contact fixe 68 est relié à la sortie 72 du deuxième amplificateur

opérationnel 64.

A la fermeture des contacts mobile 65 et fixe 67, le signal électrique du générateur 28 est appliqué à travers la résistance 58 à l'entrée non inverseuse 57 du premier amplificateur opérationnel 56. En conséquence, l'arbre moteur 5 du moteur tourne dans un sens déterminée, par exemple dans

le sens horaire (flèche A).

Le premier amplificateur opérationnel 56 augmente la capacité de reprise ou d'accélération du moteur et élargit la plage entre les vitesses limites de l'arbre moteur 5 grâce à l'amélioration des caractéristiques dynamiques du circuit de réglage fermé constitué par: le convertisseur 30 du signal électrique du générateur 28 en mouvement mécanique du tiroir 15; le tiroir 15 lui-même; le piston 3; le contact mobile 43 de la résistance variable 44, et le circuit 42. L'amélioration des caractéristiques dynamiques dudit circuit fermé est obtenu par le choix d'un coefficient d'amplification du premier amplificateur opérationnel 56 égal au rapport des valeurs des

-.20 - 2462551

résistances 62 et 60. Ce coefficient d'amplification est choisi le plus

grand possible de façon à assurer la stabilité dudit circuit de réglage.

Le signal de sortie du deuxième amplificateur opérationnel 64 dans la position du contact mobile 65 représentée sur la figure 2 n'est plus appliqué à l'entrée du premier amplificateur opérationnel 56. A la fermeture des contacts mobiles 65 et fixe 66, le circuit électrique 41 est coupé, autrement dit le générateur 28 n'est pas relié au premier amplificateur opérationnel 56. Le piston 3 est alors ramené en position

neutre par la réaction négative, et l'arbre moteur s'arrête.

En même temps, le moteur, lorsque le contact mobile 65 se trouve dans cette position, fait fonction de frein d'urgence du fait que la charge agissant sur l'arbre moteur 5 provoque, par l'intermédiaire de la manivelle 6 et de la tige 4 le déplacement du piston 3 de sa position neutre et par conséquent celui du contact mobile 43 de la résistance 44. Ce dernier forme un signal électrique qui, en agissant par l'intermédiaire du circuit

électrique 42 et du premier amplificateur opérationnel 56 sur le convertis-

seur 30, provoqué le déplacement du tiroir 3 assurant, au moyen de la mise en communication des enceintes 40 ou 11 du vérin d à la source 23 de fluide moteur, la création d'une force opposée appliquée au piston 3. Cette force empêche l'arbre 5 du moteur de tourner sous l'action de la charge. Aucun signal de sortie du générateur 28 et du- deuxième amplificateur opérationnel

* 64 n'est appliquée à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 56.

Plus le coefficient d'amplification de l'amplificateur opérationnel 56 est grand, plus la valeur du déplacement du piston 3 relativement à sa position neutre est petite et, par conséquent, plus l'angle de rotation de

l'arbre moteur 5 du moteur est faible.

En cas de nécessité d'inverser le sens de rotation de l'arbre moteur 5,

on ferme le contact 65 du commutateur 63 et le contact fixe 68.

Dans cette position du contact mobile 65, le signal du générateur 28 est appliqué par l'intermédiaire de la résistance 70 à l'entrée inverseuse 69 du

deuxième amplificateur opérationnel 64. Le deuxième amplificateur opération-

nel 64 change de 1800 la phase du signal de sortie du générateur 28. Ce changement de phase provoque l'inversion du sens de rotation de l'arbre moteur 5, qui commence alors à tourner par exemple dans le sens antihoraire

(contraire de celui de la flèche A).

P*lus le coefficient d'amplification du premier amplificateur 56 est grand, plus le changement du sens de rotation de l'arbre moteur 5 est rapide,

21 2462551

c'est-à-dire plus la capacité de reprise du moteur est grande.

Pour pouvoir arrêter la rotation de l'arbre moteur 5 dans une position déterminée du piston 3, on a prévu dans le moteur un dispositif 73 qui forme un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande oscillatoire arrivant à l'entrée non inverseuse 57 du premier amplificateur opérationnel 56 au moment de l'inerruption de la rotation, et constitué, par exemple, par un amplifioateur opérationnel 74. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 74 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 76 au contact mobile 65 du commutateur 63, et son entrée inverseuse 77 est raccordée par l'intermédiaire d'une résistance 7B à sa sortie 79 par un circuit de réaction électrique négative. La sortie 79 de

l'amplificateur opérationnel 74 est reliée au contact fixe 66.

Parallèlement à la résistance 78 on a branché un condensateur 80.

Pendant le fonctionnement du moteur en un régime déterminé, l'entrée du dispositif 73 est connectée au circuit 41, tandis que sa sortie est coupée

de l'entrée non inverseuse 57 du premier amplificateur opérationnel 56.

A la fermeture des contacts mobile 65 et fixe 66, la sortie 79 de l'amplificateur opérationnel 74 se trouve reliée par l'intermédiaire du contact mobile 65 et de la résistance 76 à son entrée non inverseuse 75 par un circuit de réaction positive, et par l'intermédiaire de la résistance 58,

à l'entrée non-inverseuse 57 du premier amplificateur opérationnel 56.

En conséquenoe-, le piston s'arrête pratiquement instantanément dans la position o il oe trouvait au moment de la fermeture des contacts 65 et 66, gràce à la formation, à la sortie 79 de l'amplificateur opérationnel 74, d'un

signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande oscilla-

toire arrivant à son entrée 75 au moment de l'interruption de la rotation.

Ceci est df au fait que l'amplificateur opérationnel 74 se transforme en un élément dynamique intégrant dont l'entrée n'est attaquée par aucun

signal en provenance du générateur 28 ou de l'amplificateur opérationnel 64.

Comme on le sait, cet élément forme (mémorise) à sa sortie un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande de l'élément qui avait été relié par le contact mobile 65 à l'entrée dudit élément dynamique,

c'est-à-dire à l'entrée non inverseuse 75 de l'amplificateur opérationnel 74.

En conséquence, le piston 3 s'arrête dans une position déterminée

correspondant au signal constant à la sortie 79 de l'amplificateur 74.

- 22 - 2462551

Le démarrage du moteur ainsi que son inversion s'effectuent de la même

manière que dans l'exemple décrit ci-dessus.

Pour assurer un couple moteur constant, pour une charge déterminée, à l'arbre moteur 5 dans toute la plage de vitesses de rotation allant de zéro à la valeur maximale, ainsi que pour obtenir une régularité et une stabilité absolues de la rotation de l'arbre moteur 5 dans ladite plage de vitesses de rotation, le moteur à piston à vapeur, peut être équipé d'au moins encore un vérin de commande la monté sur l'arbre moteur 5 et dans le corps 2a duquel est monté un piston 3a mobile en va-et-vient. La position initiale du piston 3a est décalée par rapport à celle du piston 3 d'une valeur constante correspondant à l'angle de phase, par exemple 900, de la rotation d'une deuxième manivelle 6a par rapport à la première manivelle 6.

Le piston 3a possède une tige la dont une extrémité est liée rigidement au piston et dont l'autre extrémité est articulée à la manivelle 6a qui est rigidement lié à l'arbre moteur 5 du moteur. Le piston 3a divise la cavité du vérin la en deux enceintes: une enceinte lOa à tige et une enceinte lia sans tige. Sur le corps 2a, est monté un distributeur 12a à tiroir et bottier, réalisé sous forme d'un bottier 13a fixé sur la surface soigneusement usinée 14a du corps 2a (appelée "glace de tiroir") sur laquelle le piston 15a se

déplace en arrière et en avant.

Lors du déplacement du tiroir 15a, ses parois 16a, 17a ouvrent les orifices 18a, l9a reliées chacune par un canal 20a, 21a aux enceintes 10a et 11 a du vérin la, respectivement. L'épaisseur des parois 16a, 17a du tiroir 15a est égale à la largeur des ouvertures 18a, 19a. Le boîtier 13a est mise en communication par une conduite 22 avec la source de fluide moteur 23, tandis que l'enceinte 24a, limitée par la surface intérieure du tiroir 15a et par la surface V4a du corps 2a du vérinl a, est reliée à un canal d'échappement a par lequel le fluide moteur usé est évacué. Le corps 2a du vérinl a est muni d'un oeillet 26a dans l'orifice duquel est engagé un axe 27a. A l'aide

de cet axe, le vérin la est relié au corps 8 du moteur.

Le moteur est muni d'un deuxième convertisseur 30a de signal électrique en mouvement méanisqe cu tKfirl5a.be convertisseur 30a est exécuté sous forme d'un élément dynamique linéaire et se présente, par exemple, sous forme d'un électro-aimant dans lequel le déplacement de l'induit 31a est proportionnel

au courant dans son enroulement 32a.

L'électro-aimant comporte un stator 33a à enroulements 34a et 35a

- 23 - 2462551

branchés par les circuits électriques 36a et 37a, respectivement, à

l'électrode négative 39 de la source de courant continu 40.

Le stator 33a de l'électro-aimant du convertisseur 30a est fixé au corps 2a du vérin la à l'aide d'un support 51a. L'induit 3la du convertisseur 30a est monté pivotant par rapport au stator 33a autour de l'axe 52a. L'induit

3la est relié mécaniquement, par une tringle 53a, au tiroir 15a.

L'enroulement 32a de l'induit 3Ia est relié à la sortie d'une unité 8I de décalage de phase constant, égal à l'angle de rotation de la manivelle 6a par rapport à la manivelle 6, par exemple à 90 , entre le signal de commande oscillatoire arrivant du premier amplificateur opérationnel 56 et le signal oscillatoire à la sortie de l'unité 81. Cette dernière est raccordée à la

sortie 61 du premier amplificateur opérationnel 56 par le circuit 82.

La réalisation constructive de l'unité 8I de décalage constant de phase est décrite en détail dans l'article "Montages linéaires intégraux (cf. le

livre "Sovetskoe radio, 1974, V.L. Shilov, p.170).

Pendant le fonctionnement du moteur, la tension électrique sinusoïdale fournie par le générateur 28 conduit, en premier lieu, à un caractère sinusoïdal du mouvement du piston 3 et à une variation sinusoïdale de la force exercée par le piston 3, par l'intermédiaire de la tige 4, sur la

manivelle 6 de l'arbre moteur 5, et en deuxième lieu, à un caractère cosinu-

soldal du mouvement du piston 3a et par conséquent à une variation cosinusoi-

dale de la force exercée par le piston 3a, par l'intermédiaire de la tige 4a, sur la manivelle 6a du même arbre 5, grâce au décalage de 900 de phase de la tension électrique du générateur 28 à l'aide de l'unité 81 de décalage de

phase constant.

Le couple moteur total à l'arbre moteur 5 est égal au couple moteur transmis à l'arbre 5 par la première manivelle 6 et proportionnel à sin2f, et au couple moteur transmis à l'arbre 5 par la deuxième manivelle 6a et proportionnel à cos 2W. Ainsi, le couple moteur total à l'arbre moteur 5 sera, pour une charge donnée, constant dans toute la plage de vitesses de rotation

à une charge prescrite.

Dans ce cas, lorsque la force exercéepar le piston 3 sur l'arbre moteur dans l'une de ses positions extrêmes diminue jusqu'à zéro, la force exercée par le piston 3a sur l'arbre moteur 5 est maximale. Au contraire, lorsque la force exercée sur l'arbre moteur 5 par le piston 3a dans l'une de ses positions extrêmes diminue jusqu'à zéro, la force exercée par le piston 3 est maximale. Ceci permet de supprimer totalement la nécessité du volant 9, ce qui

- 24 _ 2462551

accroit notablement la capacité de reprise du moteur.

Cette variante de réalisation du moteur à pistons à combustion externe résulte des conditions de son organisation, bien que les erreurs du circuit électrique de commande du premier vérin influent sur le signal oscillatoire arrivant au deuxième vérin. Pour diminuer l'influence des erreurs du circuit électrique de commande du premier vérin sur le signal de commande oscillatoire arrivant au deuxième vérin, il est proposé encore une variante de réalisation du moteur à pistons à combustion externe, suivant laquelle celui-ci comporte au moins encore un vérin la, monté sur-l'arbre moteur 5. Ce moteur est réalisé d'une manière analogue au moteur à deux vérins qui vient d'être décrit, sauf pour ce qui est de la liaison électrique entre le deuxième convertisseur 30a et le générateur 28. Cette liaison électrique entre le deuxième convertisseur 30a et le générateur 28aest réalisée de la manière suivante: l'enroulement 32a de

l'induit 3Ia est relié à la sortie 83 d'un troisième amplificateur opération-

nel 84. L'entrée non inverseuse 85 de l'amplificateur 84 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 86 et du commutateur 63 à la sortie de l'unité 81 de décalage de phase constant, tandis que son entrée inverseuse 87 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 88 à sa sortie 83, par l'intermédiaire d'une résistance 89 au moyen d'un circuit électrique de réaction électrique négative au capteur de la valeur actuelle de la position du deuxième piston 3a par rapport à sa position neutre, c'est-à-dire au contact mobile 43a de la résitance variable 44a, et par l'intermédiaire du

commutateur 63, à la sortie de l'unité 81 de décalage de phase constant.

La résistance 86 est reliée au contact mobile 65a du commutateur 63, dont les contacts fixes 67a et 68a sont reliées à la sortie de l'unité 81 de décalage de phase constant. Le contact mobile 43a est relié mécaniquement à la tige 4a du deuxième vérin la. Les contacts fixes 45a et 46a sont raccordés par des circuits 47a et 48a à l'électrode positive 38 et à l'électrode

négative 39, respectivement, de la source de courant continu 40.

L'unité 81 de décalage de phase constant est exécutée sous forme, par exemple, d'un amplificateur opérationnel 90, dont l'entrée inverseuse 9I est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 92 à la sortie de l'amplificateur , tandis que son entrée non inverseuse 93 est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur électrique 94 au générateur 28. Le levier 29 du générateur

28 est mécaniquement relié au contact mobile de la résistance variable 92.

- 25- 2462551

Cette variante de réalisation du moteur permet de supprimer totalement l'influence de l'erreur du circuit électrique de commande du premier vérin 1 sur le signal de commande oscillatoire arrivant au deuxième vérin la, grâce à l'application indépendante du signal de commande oscillatoire au premier convertisseur 30 et au deuxième convertisseur 30a de signal électrique en déplacement mécanique des tiroirs 15 et 15a. Ceci assure une diminution de l'influence des dérives du zéro des amplificateurs opérationnels 56, 84 et 90

sur la vitesse de rotation de l'arbre moteur 5.

Pour pouvoir arrêter la rotation de l'arbre moteur 5 dans la variante de réalisation du moteur à combustion externe à vapeur comportant au moins deux vérins 1 et la, dans une position déterminée du piston 3a du deuxième vérin la, on a prévu un deuxième dispositif 73a formant un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande oscillatoire au moment de l'interruption de la rotation et réalisé -sous forme d'un amplificateur

opérationnel 74a.

L'entrée non inverseuse 75a de cet amplificateur 74a est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 76a au contact mobile 65a du commutateur à trois positions 63, tandis que son entrée inverseuse 77a est raccordée par

l'intermédiaire d'une résistance 78a à la sortie 79a de l'amplificateur 74a.

En parallèle avec la résistance 78, est branché un condensateur électrique a. La sortie 79a de l'amplificateur opérationnel 74a est couplée au

contact fixe 66a du commutateur 63. Les contacts fixes 67a et 68a du commuta-

teur 63 sont reliés à la sortie de l'unité 81 de décalage de phase constant.

Le fonctionnement du moteur à un régime déterminé s'effectue d'une manière analogue à celui décrit ci-dessus, l'arrêt du moteur dans une position déterminée du piston 3a de la manière décrite plus haut pour le moteur à combustion externe réalisé avec un seul vérin, à l'exception du fait que l'amplificateur opérationnel 74a, transformé en élément dynamique intégrant, forme un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande

apparaissant à la sortie de l'unité 18 de décalage de phase constant.

En conséquence, chacun des pistons 3a et 3 s'arrête dans une position déterminé notamment dans une position correspondant à un angle de 900 de rotation de la deuxième manivelle 6a par rapport à la première manivelle 6 et aux signaux de sortie des dispositifs 73 et 73a, ce qui conduit à l'arrêt de l'arbre moteur 5 dans une position correspondant à un angle de rotation t déterminé.

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Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de

réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.

En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des

revendications qui suivent.

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Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Procédé de commande de la rotation de l'arbre moteur d'un moteur à combustion externe, du type consistant à former un signal de commande pour un organe de commutation et à le transformer ensuite en mouvement mécanique d'un organe opératoire ou d'exécution, ce mouvement mécanique étant ensuite transformé par un convertisseur en un mouvement de rotation de l'arbre moteur, caractérisé en ce qu'on forme le signal de commande sous forme d'oscillations symétriques périodiques non-décroissantes d'une valeur alternée ou de signe variable, les durées des intervalles entre les valeurs positives et négatives desdites osîdlaikns é1mnt ae Entre eJses, et on règle lafréxOnce desdi.tes osiJiatios à une valeur égOe àume vitesse d6tmnii & ro1atiin 2 l'ambie mLeLur; lavaxiatkn duxspJoenEnt de 1'orgaxe opératoire en fonctin du temps correspondant à la vaxiatoe du signal &ë ccuinar oscillatoire, et on fait ensuite varier la valeur instantanée du signal de

commande proportionnellement à la variation de la charge sur l'arbre moteur.

2. Procédé de commande conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de commande formé à un caractère sinusoïdal, dont la valeur actuelle au moment initial de la rotation de l'arbre moteur est égale à zéro, et qui croît ensuite jusqu'à sa valeur maximale égale à l'amplitude de ce

signal de commande.

3. Procédé de commande conforme à l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'on fait varier la polarité du signal de commande formé.

4. Procédé de commande conforme à l'une des revendications 1, 2 et 3,

caractérisé en ce que la valeur du signal de commande formé, correspondant à une position donnée de l'organe opératoire, est constante et égale à la valeur instantanée du signal de commande au moment de l'inerruption de la

rotation de l'arbre moteur.

5. Procédé de commande conforme à l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce qu'on forme encore un signal de commande oscillatoire, pour un deuxième organe de commutation, décalé par rapport au signal précédent d'un angle de phase constant sensiblement égal à la rotation du deuxième

convertisseur par rapport au premier convertisseur.

6. Moteur à combustion externe comportant application du procédé de

commande conforme à l'une des revendications 1 à 5, du type comportant un

vérin dans le corps duquel est monté un piston pourvu d'une tige et mobile en va-et-vient dans ledit corps,-ledit piston faisant fonction d'organe opératoire ou d'exécution et divisant la cavité du corps de vérin en deux enceintes: une enceinte sans tige et une enceinte avec tige, chacune

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desdites enceintes étant mise en communication avec une source de fluide moteur par l'intermédiaire d'un distributeur à tiroir faisant fonction d'organe de commutation, la tige dudit piston étant reliée cinématiquement audit arbre moteur par l'intermédiaire d'un mécanisme bielle-manivelle jouant le rôle de convertisseur du déplacement en va-et- vient du piston en mouvement rotatif de l'arbre moteur, à l'arbre moteur, caractérisé en ce qu'il est muni d'un générateur dtoscillations électriques de fréquence réglable en fonction d'une vitesse déterminée de rotation de l'arbre moteur, ledit générateur étant- relié électriquement à un convertisseur sous forme d'un élément dynamique linéaire relié mécaniquement au distributeur à tiroir, ainsi que d'un capteur de la valeur actuelle de la position du piston relativement à

sa position neutre, relié par une contre-réaction électrique audit convertis-

seur, et par une liaison mécanique, à la tige dudit piston.

7. Moteur à combustion externe conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la réaction électrique négative est formée par un premier amplificateur opérationnel, dont l'entrée non inverseuse est reliée audit

générateur et dont l'entrée inverseuse est connectée audit capteur, tandis-

que la sortie dudit amplificateur opérationnel est reliée audit convertisseur.

8. Moteur à combustion externe à l'une des revendications 6 et 7,

caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur inséré dans le circuit constitué du générateur et dudit premier amplificateur opérationnel, et qui, dans l'une de ses positions, coupe le circuit entre le générateur et le premier amplificateur opérationnel, tandis que dans une autre position il les relie directement entre eux et que dans une troisièmeposition il est relié à la sortie d'un deuxième amplificateur opérationnel, dont l'entrée

inverseuse est reliée au générateur.

9. Moteur à combustion externe conforme à l'une des revendications 6, 7

et 8, caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif assurant l'interrup-

tion de la rotation de l'arbre moteur dans une position déterminée du piston et formant un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande au moment de ladite interruption de rotation, la sortie dudit dispositif étant reliée par l'intermédiaire d'un commutateur à sa propre entrée au moyen d'un circuit de réaction positive d'inertie, ainsi qu'à l'entrée non inverseuse du premier amplificateur opérationnel, le circuit électrique entre le générateur et le premier amplificateur opérationnel

étant alors coupé.

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10. Moteur à combustion externe conforme à l'une des revendications 6

et 7, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième vérin, dans le corps duquel est monté un piston pourvu d'une tige et mobile en va-et-vient dans ledit corps, ledit piston partageant la cavité du corps de vérin en deux enceintes: une enceinte sans tige et une enceinte à tige, chacune desdites enceintes étant mise en communication avec une source de fluide moteur par l'intermédiaire d'un deuxième distributeur à tiroir, la tige dutit piston étant reliée cinématiquement à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'un deuxième mécanisme bielle-manivelle, la position initiale du piston dudit deuxième vérin étant décalée par rapport à la position du piston du premier vérin d'une valeur constante correspondant à l'angle de phase de la rotation du deuxième mécanisme bielle-manivelle par rapport au premier mécanisme bielle-manivelle, un deuxième convertisseur de signal électrique en mouvement mécanique du tiroir dudit deuxième distributeur, réalisé sous forme d'un élément dynamique linéaire relié mécaniquement au tiroir dudit deuxième distributeur, et électriquement, à un bloc de décalage constant de phase entre le signal arrivant du premier amplificateur opérationnel et le signal apparaissant à la sortie dudit bloc, celui-ci étant relié au premier

amplificateur opérationnel.

11. Moteur à combustion externe conforme à l'une des revendications 6, 7

et 8, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième vérin dans le corps duquel est monté un piston pourvu d'une tige et mobile en va-et-vient dans ledit corps, ledit piston divisant la cavité du corps dudit deuxième vérin en deux enceintes: une enceinte sans tige etunemeenb nà tige, chacune desquelles est mise en communication avec une source de fluide moteur par l'intermédiaire d'un deuxième distributeur à tiroir, la tige de ce piston étant reliée cinématiquement à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'un deuxième mécanisme bielle-manivelle la position initiale du piston de ce deuxième vérin étant décalée par rapport à la position du piston du premier vérin d'une valeur constante correspondant à l'angle de phase de la rotation dudit deuxième mécanisme bielle- manivelle par rapport au premier mécanisme bielle-manivelle, un deuxième convertisseur de signal électrique en mouvement mécanique du tiroir dudit deuxième distributeur à tiroir, ce deuxième convertisseur étant réalisé sous forme d'un élément dynamique linéaire relié mécaniquement au tiroir dudit deuxième distributeur, et électriquement, à la sortie d'un troisième amplificateur opérationnel, dont l'entrée non inverseuse est reliée par l'intermédiaire dudit commutateur à la sortie d'un bloc de décalage constant de phase, dont l'entrée est reliée électriquement au générateur, tandis que l'entrée inverseuse dudit troisième amplificateur opérationnel est reliée par une contre-réaction électrique à un capteur de la valeur actuelle de la position du piston du deuxième vérin par rapport à sa position neutre, ledit capteur étant relié mécaniquement à la tige du piston dudit deuxième vérin.

12. Moteur de combustion externe conforme à l'une des revendications 9

et 10, caractérisé en ce qu'il est muni d'un deuxième dispositif pour l'interruption de la rotation de l'arbre moteur dans une position déterminée du piston du deuxième vérin, ce dispositif formant un signal constant égal à la valeur instantanée du signal de commande au moment de l'interruption de la rotation, la sortie de ce dispositif étant reliée par l'intermédiaire d'un commutateur à sa propre entrée au moyen d'un circuit de réaction positive d'inertie, ainsi qu'à l'entrée inverseuse dudit troisième amplificateur opérationnel, le circuit électrique entre le générateur et ledit troisième

amplificateur opérationnel étant alors coupé.