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" Distribution de précision à soupapes et cames rotatives dé- ealables à effets multiples et indépendants pour moteurs R.
Parmi les distributions à soupapes commandées par cames rotatives décalables ayant l'avanoe à l'admission constante, il y en a certaines dans lesquelles, pour obtenir la stabilité du fonctionnement de la came de fermeture de l'admission,malgré les'poussées tangentielles accélératrices des galets sur la oame même pendant la phase de fermeture des soupapes, on neu- tralise ces efforts accélérateurs par une disposition diamétra- lement opposée desgalets sur les oames; cela permet de faire agir sur la dite came de fermeture,à l'aide de ressorts com-
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pensateurs agissant sur les leviers qui portent les galets,des poussées de grandeur convenable et de sens contraire à celles accélératrices dues à la fermeture des soupapes.
Ces circonstances, non importantes à première vue, ont au contraire de graves conséquences par égard au fonctionnement même du moteur, car par le seul fait de la nécessité de la dis- position diamétralement opposée des galets (sans compter la complication des ressorts et d'autres artifices supplémentaires) les soupapes commandées par ces galets doivent être nécessaire- ment accouplées par paires et ne jouissent d'aucune indépendan- possibilités ce; toute une gamme de constructives et fonctionnelles très utiles, qui pourrai autrement être obtenues, est de la sorte complètement impossible, par suite des sujétions et liaisons assez étroites auxquelles sont soumis les organes de la distri- bution ainsi actionnés, avec cet effet, certainement non dési- rable de rendre bien souvent impossibles certaines applications importantes de ce type de distribution.
La présente invention a pour objet une distribution à sou- papes par cames rotatives décalables, tout à fait nouvelle dans ce sens, que les galets ci-dessus peuvent occuper une position quelconque sur les cames et actionner les soupapes indépendam- ment les uns des autres, l'équilibrage et 1 préci- sion désirés étant assurés par des moyensutres que la dispo- sition diamétralement opposée ci-dessus mentionnée, de manière à réaliser, avec la plus grande indépendance des soupapes, de multiples possibilités fonctionnelles et constructives décou- lant d'une manière simple de cette indépendance, comme il sera montré plus loin.
Les poussées tangentielles exercées périodiquement par les galets de fermeture des soupapes d'admission sur les cames cor- respondantes ont pour effet, comme on l'a dit, de tendre à pro- voquer des battements dans les limites des jeux qui ont été pré- vus dans le mécanisme de décalage des dites cames de fermeture
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pour obtenir la distribution ayant une avance à l'admission constante, en marche avant comme en marche arrière.
Or, tandis que jusqu'à présent, ainsi que l'on peut le voir par exemple dans les distributions connues jusqu'ici, on s'est efforcé de contre-balancer les poussées en avant de fer- meture des soupapes, selon la présente invention, au contraire, on permet à la came qui opère la fermeture d'admission d'obéir directement à ces efforts accélérateurs, c'est-à-dire, on laisse cette came se porter dans sa position la plus avancée par rap- port à sa rotation et aux jeux dont dont il a été parlé ci- dessus, et on s'efforce de maintenir la came dans cette posi- tion la plus avancée.
Ainsi, tandis que précédemment au moment du changement de sens de rotation de la machine la came de fermeture d'admission devenant d'ouverture passait de sa position la plus retardée en marche avant, à celle la plus retardée en marche arrière, et par là se déplaçait de l'angle correspondant au jeu dans le mécanisme de décalage, dans cette nouvelle distribution lors du renversement de la marche il ne se produit aucun décalage car la position de fermeture plus avancée en marche avant cor- respond exactement à celle d'ouverture plus retardée en marche arrière.
¯Le diagramme angulaire des phases de l'admission en fonc- tion des différentes positions du levier de renversement de marche caractéristique des distributions à cames d'admission décalables (ou double came) connues jusqu'ici, est celui de la figure 10 du dessin annexé oü les positions successives du le- vier de renversement sont portées radialement de la marche avant maximum sur le cercle extérieur à la marche arrière maxi- mum sur le cercle intérieur.
Ce diagramme est du type bi-liné= aire, c'est-à-dire qu'il comporte la paire de courbes a et b donnant respectivement l'angle de manivelle par lequel la sou-
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pape d'admission se ferme en 'marche avant (dans le sens des aiguilles d'une montre) et commence à s'ouvrir en marche arriè- re et la paire de courbes o et ! respectivement pour l'ouvertu- re en marche avant et la fermeture en marche arrière.
Le diagramme angulaire correspondant de la nouvelle dis- tribution devient mono-linéaire, car la loi de la fermeture en marche avant n'est plus représentée par la courbe a, mais bien par la même courbe b qui donne la loi de l'ouverture en marche arrière, tandis que la seule courbe c donne la loi unique de l'ouverture en marche avant et de fermeture en marche arrière. qui
Il peut arriver que les poussées en avant des soupapes/se ferment, ne soient pas suffisantes pour maintenir la,came de fermeture constamment dans sa position la plus avancée, spécia- lement s'il y a des résistances de frottement anormales. Dans ce cas, il faut recourir à un dispositif qui tend à maintenir la came même en cette position et dans la figure la et lb on représente une des formes d'exécution d'un tel dispositif.
L'arbre A de distribution, qui tourne à la vitesse de l'ar -bre à manivelles, entraîne dans le sens de la flèche les cames C et C' respectivement came d'ouverture et de fermeture de l'ad- mission -montées folles sur lui- au moyen de manchons filetés R et R', qui sont reliés aux cames par des tiges B,B, B', B' ap- propriées, et qui sont vissés sur un pas de vis V tracé sur l'arbre et obligés de tourner avec celui-ci, le glissement lon- gitudinal étant empêché par les colliers L et L' qui entourent ces manohons et qui sont retenus par les tirants J,J, J',J', commandés par l'arbre à manivelles W, W' actionné à son tour par le levier d'inversion. Tout ceci, de manière identique à la manière connue, sans excepter un jeu convenable, qui est encore prévu entre les manchens R, R' et leurs colliers L, L' respectifs.
Mais à présent, il est disposé entre chaque manchon et le collier respectif une bague 1, l' et des séries de ressorts
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M, M' respectivement, de sorte que les résistances de frotte- ment qui s'opposent à ce que la came de fermeture se maintienne en sa position la plus avancée, sont vaincues par celle des séries de ressorts qui corresponde .
à celle des cames d'ad- mission qui, dans le sens de la marche que l'on considère, a la fonction de/fermeture des soupapes et ainsi le jeu ordinai- rement libre devient un jeu en quelque sorte"élastique", c'est- à-dire un jeu qui est constamment supprimé, mais qui apparaft et devient utilisable lorsque sa présence est requise, préci- sément aux passages des boutons W et W' à proximité de leurs points morts, pour les régimes de fonctionnement à avance con- stante à l'admission.
La stabilité de la came de fermeture d'admission dans sa position la plus avancée/que l'on peut assurer par le disposi- tif que l'on vient de décrire ou par -un dispositif équivalent est celle qui permet l'indépendance complète de sa position des galets sur le contour des cames.
Avec la nouvelle distribution il est donc possible d'ac- tionner avec une paire de cames d'admission un nombre quelcon- que de balanciers commandant chacun une soupape d'admission (dans les limites de l'encombrement réciproque des balanoiers).
Les figures 2, 3 et 5 représentent, à titre d'exemple et d'une manière schématique,des cas particulier de la commande, par une même paire de cames d'admission, des deux ou trois soupapes d'admission, coté couvercle ou côté manivelle, respec- tivement d'une machine a deux cylindres parallèles avec mani- velles à 90 (figs.2-3) et d'une maohine à trois cylindres avec manivelles à 120 (fig. 5).
En commandant par la même paire de cames d'admission ou les soupapes côte couvercle ou bien toutes et seulement d'introduction toutes et seulement les cames coté manivelle de cylindres dont les pistons sont reliés aux manivelles res- pectives de rayon égal ,faisant le morne nombre de tours et
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ayant des bielles d'égale longueur, la variation de la course du piston en fonotion'de l'angle de la manivelle par effet de l'obliquité de la bielle est la même en grandeur et sens pour toutes les introductions commandées par la même paire de cames.
Il est alors possible, puisqu'on n'a plus la même paire de ca- mes qui commande les deux soupapes opposées du même cylindre, de compenser suffisamment les variations des phases opposées du côté couvercle et du côté manivelle (duos à l'obliquité va- riable de la bielle motrice) par des retouches convenables et opposées des profils des paires de cames correspondantes.
On peut ainsi commander les soupapes d'une locomotive à deux cylindres y, y' (voir figs. 2 et 3) et compenser suffisam- ment l'influence de l'obliquité des bielles en adoptant un marne arbre longitudinal A à cames placé entre les deux cylindres et tournant à la même vitesse de l'arbre à manivelles étant actionné par les engrenages b, (qui peuvent être coniquesou hélicoïdaux) qui prennent le mouvement d'un essieux moteurs de la locomotive. L'arbre A se prolonge à l'intérieur de la boite C où sont groupées les cames, les balanciers et les le- viers servant à la commande des soupape d'admission et d'échap- pement des deux cylindres y et y'.
En sc,ic, 1mr S sont indiqués les axes communs des sou- c' c' m' m papes respectivement d'échappement et d'admission côté couver- cle des deux cylindres et d'admission et d'échappement côté manivelle des mêmes deux cylindres. A la figure 2 est montrée la position relative à angle droit des deux balanciers comman- dés par la même paire de cames et agissant sur les soupapes correspondantes d'admission (toutes deux soit de la chambre côté couvercle soit de la chambre côté manivelle des cylindres avec manivelles décalées de 90 .
En faisant les profils de la paire de cames qui commande les soupapes du côté manivelle,convenablement plus larges que
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eaux des autres cames, on plut fermer l'admission dans les chambres côté manivelle lorsque la manivelle a parcouru depuis le point mort un angle plus grand que celui parcouru par la même manivelle depuis le point mort opposé à la fermeture d'ad- mission dans la chambre côté couvercle, en compensant ainsi suffisamment bien la différence entre les parcours linéaires du piston depuis les deux points morts à angle égaux et ceux de la manivelle depuis les points morts correspondants.
La figure 5 montre comment l'on dispose les balanciers autour de la même paire de cames pour l'actionnement due trois soupapes d'admission (côté couvercle ou bien côté manivelle) d'une machine à trois cylindres avec calage des manivelles à 120 ; dans cette distribution on peut obtenir de la même maniè- re qu'il a été dit ci-dessus la compensation des déplacements de phases dus a l'obliquité des bielles.
La précision linéaire peut s'obtenir à un degré encore plus élevé (dans le cas où avec une même paire de cames on voudrait commander les soupapes opposées d'un même cylindre) en faisant tourner les cames à une vitesse variable par rapport à la vitesse constante de l'arbre à manivelles.
Le dispositif à appliquer peut être celui bien connu de la figure 6, qui est représenté schématiquement dans son appli- cation d'ensemble dans la figure 7. Dans cette dernière figure, a est l'arbre de la manivelle actionné par le piston au moyen de la bielle 1 articulée en k avec la tige du piston et m, m1, Il?., m3 sont les engrenages qui permettent la transmission du mouvement à rapport constant depuis la manivelle r au bras d' dont l'orientation est toujours celle de la manivelle motrice r.
Ce bras d' (voir le détail à la fig.6) se terminai, une fourchette à glissières dans laquelle se déplace un curseur pi- votant sur le pivot de la manivelle d calée sur l'arbre à cames A qui est situé à une distance de l'arbre A' portant le bras conducteur d'.
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De la sorte le rapport entra la vitesse de l'arbre à cames et celle de l'arbre moteur est maximum lorsque le piston est à son point mort côté couvercle et minimum au point mort opposé ainsi les cames d'admission tournent plus rapidement, c'est-à- dire font fermer plus tôt lorsqu'on introduit le fluide moteur donnée du coté couvercle (où à une cours du piston correspond un an- gle de manivelle moindre que celuiqu'on aurait avec une .bielle de longueur infinie).
' .On démontre facilement que, en négligeant les termes de second ordre si l'on fait x = d r/2t, où! est la longueur de la petite manivelle d, r, le bras de la manivelle motrice et t la longueur de la bielle, la loi du mouvement de rotation de la petite manivelle d coïncide avec celle du mouvement de rota- tion d'une manivelle idéale qui, avec une bielle de longueur infinie, conduirait la piston comme la manivelle réelle, tour- nant d'un mouvement uniforme, conduit le même piston avec la bielle de longueur finie.
Le dispositif de la figure 6 offre l'avantage de constituer un système d'accouplement simple entre la transmission qui ob- de tient son mouvement de l'essieu moteur et / l'arbre à cames; cet accouplement peut être facilement découpré en éloignant simple- conducteur d' et permet une transmission mécanique ment la manivelle' d du bras qui n'a pas les inconvénients qui pourraient naître avec d'autres accouplements par suite d'un alignement imparfait des axes de rotation A' et A.
Un des avantages plus remarquables de la présente distri- bution, dû encore et toujours à la possibilité de rendre les galets indépendants, consiste dans le fait que l'on peut transformer une machine à plusieurs cylindres en une machine à un ou plusieurs cylindres en mettant hors de service un ou plu- sieurs obturateurs afin de pouvoir continuer le service avec une seule partie de la machine en cas d'accident, ou bien de pouvoir faire fonctionner la maohine même de la manière la plus
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économique par rapport à sa charge: par exemple dans une loco- motive à quatre cylindres on peut, à régime réduit, mettre hors service les soupapes d'une paire,de cylindres et marcher à plus grande admission avec une seule paire de cylindres, en assurant ainsi un meilleur rendement de la machine.
Pour obtenir cette mise hors de service d'un ou de plue sieurs obturateurs, même pendant la marche, sans déranger le fonctionnement de la distribution et des autres soupapes en ac- tivité, même lorsque les soupapes rendues inactives sont action- nées par des cames qui continuent à actionner d'autres soupapes, ainsi que pour pouvoir remettre en service les premières, la nouvelle invention comporte le dispositif représenté dans la figure 8, selon un des modes possibles d'exécution et que l'on pourrait appeler de la "pointerie tournante".
Ce dispositif comporte essentiellement une pièce amovible intercalée dans chaque mécanisme de transmission du mouvement des cames à l'obturateur (soupape), dont la manoeuvre permet de mettre hors ou en service l'obturateur même et cela suivant la volonté du mécanicien.
Dans la figure 8 cette pièce est constituée par le piston e placé entre le levier U relié au balancier d'introduction et la tige f de la soupape correspondante, qui s'ouvre dans le sens de la flèche.
La longueur de la pièce amovible doit être réglable avec précision, et dans ce but, le levier U ne s'appuie pas direc- tement sur le piston e, mais bien sur une pièce e2 trempée (ou grain) qui est disposée a l'intérieur du piston e et qui repose sur celui-ci par l'intermédiaire de rondelles! interchangeables d'épaisseur assortie .
Le piston e avec sa tige, coulisse dans une chambre 1 de la pièce g constituant guide et qui, sous l'action d'un levier de commande H peut tourner dans son support autour d'un axe de rotation parallèle à l'axe de rotation du levier U.
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Lorsque l'axe du piston e est disposé de la façon repré- sentée, la soupape fonctionner lorsqu'au contraire, il se place suivant la droite inclinée x-x, le piston e évitecomplètement la tige! de la soupape, et celle-ci ne sent plus l'action des cames. Dans cette situation, si l'on veut remettre en activité la soupape, même sans arrêter la machine, il suffit de produire le redressement du piston mentionné, mais pour que le piston e ne vienne pas heurter la tige! il faut d'abord amener la soupape dans sa position la plus basse, ce que l'on peut obte- nir facilement par la simple fermeture de quelques instants de la communication entre la chaudière et le cylindre, pourvu que l'on utilise comme moyen de fermeture de la soupape, au lieu des ressorts de rappel habituels, le fluide moteur même,
porté à agir-sur les tigesdes soupapes ou sur de.. petits pis- tons appropriés. En effet,dans ce cas, puisque dans la marche à vide, qui résulte de la fermeture de la communication avec la chaudière, la pression sur les tiges vient à manquer, les soupapes sont amenées, par leur propre poids ou par de faibles ressorts auxiliaires, dans leur position de plus large ouvertu- re, qui dans ce cas est précisément la plus basse.
Il est compréhensible qu'un dispositif analogue peut aussi être appliqué aux soupapes d'échappement.
Comme il est indispensable que la lubrification de la dite pièce amovible ne fasse pas défaut, on maintient l'huile dans la caisse contenant l'arbre à cames avec les galets et le levier U à un niveau supérieur au bord du piston e et, pour éviter que par là il se produise des pertes d'huiles, on disposé entre la pièce e2 et la tige e1 une bille p qui agit à la manière d'une soupape permettant le refoulement sans résistance par les trous q2 et le jeu annulaire autour de la pièce e2 vers le levier U, de l'air ou huile contenu dans la cavité q.
De ctte façon, tandis que pendant la descente du piston e il ne se forme aucune pression dans la dite cavité q, pendant
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la montée du piston même il/se forme dans cette cavité une dé- pression qui aspire de l'air par le jeu existant entre la tige e1 et son guide g. Ce courant périodique d'air vers le haut en- traîne aussi l'huile de graissage environnant la tige el et évi- te complètement des pertes d'huiles sans avoir recours à des presse-étoupes.
Bien entendu, les parties de la surface cylin- drique de la pièce ± qui sont en contact avec la surface cylin- drique correspondante du support h sont ajustées de manière à former sous l'effet de pression exercée par le ressort u et transmise à la pièce g par le joug v, une fermeture hermétique pour la boîte h en communication avec la boîte qui renferme les cames et les organes de reglage.
Ce dispositif particulier d'accouplement et de désaccouple- ment permet d'associer plusieurs soupapes ensemble, en les re- liant d'une manière convenable, dans le but de pouvoir mettre hors daction en même temps toutes les soupapes ainsi associées.
Une telle commande multiple est représentée à la figure 9 pour le cas d'un cylindre à double effet, où l'ensemble des ca- mes, des balanciers et des leviers est renfermé dans la boîte 2.
La commande simultanée des bras d'embrayage H et H' est obtenue en reliant par des tirants appropriés ces bras avec un même et unique levier S, dont l'oscillation dans un sens déter- mine l'engagement de la pièce amovible et l'oscillation en sens contraire détermine la mise hors d'action de la commande de la soupape. La figure represente exactement la position d'action- nement des soupapes.
Pendant la marche avec soupapes non actionnées, si les dis- positifs dits des "pointeries tournantes" ont été appliquée, à toutes les soupapes du même cylindre, tant d'admission que d'é- chappement, les deux chambres du cylindre même restent fermées et la vapeur ou l'air emprisonné se comprime et se détend suc- cessivement sans produire ou absorber du travail, à moins de fuites qui ont lieu à travers les bandages élastiques des pis-
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stons et les ;presse-étoupas, effets thermiques des parois et des frottements.
Le nouveau diagramme réalisé par la distribution faisant l'objet du présent brevet,permet enfin, grâce à la position toujours avancée de la came de fermeture de l'admission.de di- minuer la compression lors des fortes admissions en adoptant une came d'échappement auxiliaire reliée à la came de fermeture d'admission comme il est indiqué schématiquement aux figures 4a, 4b, 4c.
A la came ordinaire d'échappement D, entraînée par l'arbre à cames A de maniera invariable par les dents Z, Z' pendant la marche en un sens donné, on ajoute ici une came auili- aire D' folle sur l'arbre A et contiguë à la came D, laquelle came D' actionne les même galets qui commandent les soupapes d'échappement.
La came auxiliaire D' est construite avec un profil iden- tique à celui de la came ordinaire D et avec une coulisse C' dans laquelle pénètrent les extrémités des tiges B', B reliées respectivement aux cames de fermeture et d'ouverture de l'ad- mission. les dessins représentent les cames réglées pour la marche avant et'la pleine admission (dans le sens de la flèche ) et dans cette position les tiges B', B se trouvent aux extrémités opposées de là coulisse G' et le profil de fermeture de la came auxiliaire D' retarde d'un angle d ss par rapport à celui de la came D.
Dans ces conditions l'opération d'ouverture est fai- te par la came D qui est entraînée par les dents Z, Z' et celle de fermeture est permise par la came D' laquelle ne peut pas s'échapper vers l'avant pendant la fermeture même, étant empêchée pas de le faire par la tige Bt laquellej à son tourne peut/s'échap- per vers l'avant parce que la came d'admission correspondante de fermeture se trouve déjà dans sa position plus avancée.
En diminuant le degré d'admission, la tige B' avance en la
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direction de la flèche et la came D' qui opère à elle seule la fermeture, avance de la même manière jusqu'à ce que la dimi- nution angulaire de l'admission arrive à la valeur [alpha]-ss .A partir de ce moment les profils des deux cames D ed D' se main- tiennent en coïncidence et la came D' étant folle, n'exerce au- cune action de sorte que la compression reste constante.
En marche arrière la tige B remplit les fonctions de la tige B' en marche avant et pour la pleine admission en marche arrière l'angle de retard à la compression sera de [alpha]- [alpha]-ss.
A l'aide de la came auxiliaire que l'on vient de décrite. on peut obtenir le résultat que la compression soit très basse quand on marche au plus grand degré d'admission et que cette compression augmente graduellement au fur et à mesure que le degré d'admission diminue jusqu'à atteindre sa valeur maximum quand le degré d'admission est d'environ 50%. Aux moindres de- grés d'admission la compression restant constante, la loi de variation de la compression que l'on obtient par l'adoption de la came auxiliaire D' est la meilleure aux points de vue soit mécanique, soit thermo-dynamique.