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pour : Mécanisme de distribution pour moteurs à pistons et notamment pour machines à, vapeur.
L'utilisation rationnelle de la vapeur à hante pression dans les machines à pistons donne lieue. à des difficultés. L'une de ces difficultés, non la moindre, réside dans la réalisation d'une distribution satisfai- sante. La distribution classique par tiroirs coulissants ne se prête ni à l'obtention d'une grande vitesse de rotation de la machine ni à la réalisation d'une détente
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poussée dans un cylindre unique;le laminage de la vapeur constitue notamment un sérieux: obstacle.
La diatribution par soupapes et la distribution par valves oscillantes n'apportent d'avantages sur la distribution par tiroirs coulissants qu'au prix de complications mécaniques impor- tantes; la présence d'organes souvent lourds, soumis à de brusques variations de vitesse et de sens de déplace- ment, rend ces distributions délicate s.
Si 1' on veut établir un moteur rapide utilisant dans de bonnes conditions de la vapeur àhaute pression, il convient, comme on le sait, d'admettre la vapeur par des orifices largement ouverts pend tune très faible fraction de la coures du piston de manière que d'une part la vapeur remplisse presque instantanément, sans subir de laninage appréciable, la capacité de petit volume qui lui est offerte clans le cylindre et que, d'autre part, cette vapeur se détende pendant le reste de la course du pistons c'est-à-dire pendant une fraction importante de cette course.
La présente invention a pour objet un mécanisme de distribution ainsi qu'un moteur qui ont été conçus dans le but de satisfaire aux desiderata exprimés ci- dessus. Bien qu'établis principalement en vue de la pro- duction de force motrice à l'aide de vapeur et surtout de vapeur à halte pression, ce mécanisme et ce moteur ne sent pas limités, dans leurs applications, à ce cas particulier, mais c'est lui que l'on envisagera par la suite pour faciliter l'exposé.
La particularité essentielle du mécanisme de distribution objet de l'invention réside dans le fait qu'il comporte, pour la commande de l'admission au cy- lindre, deux obturateurs minces ou tiroirs superposés qui exécutent en sens contraire un mouvement rectiligne
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alternatif à proximité immédiate du fond de o ylindre et sont percés de lumières pour livrer passage au fluide à admettre à ce cylindre , les obturateurs en question étant réglés de manière que leurs lumières se correspon- dent alors qu'elles se déplacent en se dirigeant l'un vers l'autre à la vitesse maximum ou à une vitesse voisine de la vitesse maximum.
Grâce à cette disposition, l'admis- sion se produit en un temps très réduit, puisque les lèvres de la fentepar lamelle la vapeur peut se rendre au cylin- dre se rapprochent à une vitesse égale à la somme des vitesses individuelles des obturateurs, lesquelles passent à ce moment par leur maximum ou sont au voisinage de leur maximum, contrairement à ce qui se passe dans les distri- butions ordinaires par tiroirs dans lesquelles l'admission a lieu à fond de course, c'est-à-dire pour une vitesse presque nulle. Il est à noter que l'on obtient ce résultat d'une manière simple sans l'utilisation d'éléments à déplacements brusques.
Pour que le fluide mo teur soit admiss au cylindre par un passage aussi étendu que possible, il y a avantage à réaliser les obturateurs à la mainére de deux fourreaux enveloppant le cylindre et qui sont peroés de lumiè res, sinon, sur toute la périphérie, du moins sur une grande partie. Cet agencement offre en outre un gros intért en ce sens que la pression exercée par le fluide sur les fourreaux, avant ou aprèsson admis si on, n'augmente pas l'effort à développer pour déplacer ces :fourreaux.
Enfin, pour régler le degré d'admission, ltinven- tion comporte la combinaison, avec les obturateurs animés d'un mouvement alternatif continu, d'un obturateur coulissant qui est de préférence disposé directement au-dessus d'eux et que l'on peut déplacer à volonté. Lorsque les obturateurs
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à mouvement alternatif sont constituas par des fourreaux, l'obturateur-régulateur est réalisé de façon similaire par un fburrcau superposé aux précédents. Bien entendu, le régulateur peut, suivant le cas être actionne par une comande à main ou par une commande à main avec servo- moteur et/ou par une commande automatique influencée par un régulateur tel qu'un régulateur centrifuge.
Avec une distribution ainsi, réalisée, on comprend qu'entre le régulateur de vapeur et le cylindre, le trajet à parcourir par la vapeur et qui correspond à un espace mort peut être réduit à un minimum, ce qui est très avanta- geux pour un moteur rapide à haut rendement.
Les mimes obturateurs à mouvement de va-e t-vi en t peuvent avantageusement servir à la commande de l'échappe- ment; il suffit de les munir de lumières disposées de façon telle que l'échappement se produise pendant la fraction voulue de la course du piston.
L'invention a pour objet, outre le mécanisme de distribution qui vient d'être décrit, un moteur perfection- né utilisant un tel mécanisme.
La particularité essentielle de ce moteur réside dans le fait que les fourreaux distributeurs relatifs à une extrémité de cylindre sont guidés, d'une part, dans l'alésa du cylindre, d'autre part, sur une culasse por- tant ou constituant le fond du cylindre et que le piston est un piston étagé frottant à la fois contre le fourreau intérieur et contre la paroi du cylindre, moyennant quoi les divers organes à déplacements alternatifs sont parfai- tement guidés dans leurs mouvements;
de plus, puisque le fourreau intérieur constitue l'une des parois de la chambre dans laquelle se meut le piston, l'espace nuisible est ramené à un minimum.
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le cylindre est depréférence un cylindre à simple effet, c'est-à-direne reçoit la vapeur qie sur une seule face du piston. Il est enveloppé de deux chemises continues, l'une amenant la vapeur vive aux organes de distribution, l'autre servant à évacuer la vapeur d'échappe- ment; grâce à la réserve que fournit la large boîte à vapeur formée par la première chemise et grâce à la proxi- mité immédiate de la chambre de travail du oylindre, la pression d'admission peut demeurer sensiblement égale à la pression de la chaudière même à de grandes vitesses.
Les chemises contribuent à éviter les déperditions de chaleur dans le cylindre, à diminuer les condensations et ainsi à empêcher les ''coups d'eau". Afin de permettre l'évacuation aisée de l'eau de condensation qui peut apparaître, il est prévu d'après l'invention, de ménager dans le cylindre un ou des orifices de fuite en regard de la partie médiane du piston entre la région dans laquel- le se méat la partie du piston étagé ayant le plus fort diamètre et la région dans lamelle jouent les four- reaux. Dans le cas où le cylindre est vertical, il y a intérêt à bomber la tête du piston pour favoriser l'écoulement de l'eau condensée vers les fourreaux.
Les fourreaux à mouvement alternatif peuvent être commandés par des manivelles ou des excentriques tournant dans le même sens et entraînés à partir de l'arbre du moteur; un mécanisme de commande peut leur être adjoint pour permettre le décalage angulaire de ces manivelles ou excentriques lorsqu'on veut changer le sens de marche.
Le fourreau-régulateur,qui enveloppe les fourreaux à mouvement de va-et-vient, est monté de manière à coopérer avec un repos annulaire ménagé dans le cylindre en définissant arec lui le passage d'admis- sion de vapeur; par un réglage convenable des fourreaux à mouvement alternatif, on arrive à obtenir ce résultat @
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que le début de l'admission ait lieu enune position fixe et la fin de l'admission en une position variable dépendant de la position de 1 'obturateur-régulateur. Dans ces conditions, la durée d'admission est modifiable par simple déplacement de l'obturateur-régulateur et, notamment, on peut, pour faciliter les démarrais, admettre de la vapeur pendant; une fraction appréciable de la course du piston.
Bien entendu, on peut réaliser un moteur poly- cylindrique en disposant de préférence côte à cote, en un bloc moteur compact, un nombre plus ou moins grand de cylindres réalisés comme il a été dit ci-dessus. les cylindres peuvent être ménagé s dans une pièce commune ou être assemblés de pmahe en proche . On peut faire en sorte qu'une même chemise ou botte à vapeur soit commune à plusieurs cylindres ou à tous les cylindres et cela pour l'admission, pour l'échappement 'ou pour les deux.
Le groupement de plusieurs cylindres en un bloc poteur peut être adopté pour la réalisation d'un moteur compound, par exemple d'un moteur à un o ylindre HP et deux cylindres BP, principalement quand on -utilise de la vapeur à très haute pression; dans ce cas, on peut: établir la commini- aation la plus directe entre la chemise d'échappement d'un cylindre HP et la chemise d'admission d'un cylindre BP de sorte que les déperditions de chaleur sont très réduites.
Un moteur de cette construction, àsimple ou à double expansion, constitué par des éléments ou cylindres nombreux, et par suite de dimensions très rédui- tes, pourrait en raison de sa construction constituer un ensemble léger. Associé à une chaudière appropriée, ce moteur serait apte à être utilisé dans l'automobile,ou l'aviation.
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Diverses autres particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés , donnés à titre d'exemple et dans lesquels :
La fig. 1 représente en coupe transversale le moteur objet de l' invention.
La fig. 2 est une c oupe longitudinale partielle d'un tel moteur dans le cas où il comporte plusi eure cylindres.
La fig. 3 représente à granle échalle un détail simplifié de la fig. l , cette figure montrant la position des lumières des fourreaux, des biellettes et des manivel- les pour la position dite de pleine admission. les fig. 4 et 5 sont des vues similaires corres- pondant aux positions de début d'admission et de fin d'admission respectivement.
La fig. 6 montre dans les mêmes conditions la position des fourreaux de distribution un de mi-tour après la pleine admission.
Le cylindre 1 porte le vilebrequin 2 par l'inter- médiaire de paliers fixés sur sa face inférieure. Un carter 3 ferme la partie inférieure et recueille l'huile de graissage des mouvements,
Le cylindre 1 est fermé, dans le haut, par une culasse 4 centrée dans l'alésage et livrant passage aux tiges de commande 5 des fourreaux de distribution. Ces tiges se trouvent ainsi guidées et passent dans des presse- étoupes faisant partie de la culasse. Le fond de la culasse porte une soupape de sûreté 6 tarée par un ressort et destinée à éviter toute surpression notamment à empêcher des ruptures sous l'effet de "coup" d'eau".
De chaque coté du cylindre sont ménagésdes collecteurs ou chemises d'admission de vapeur et d'échappe-
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men.t. Ces collecteurs communiquent avec le cylindre par des ouvertures et sont munis, dans leur partie centrale,
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de b 1i.des dressées avec la sur:làoe extérieure du oyii>indre et permettant la liais on avec la chaudiéne ou avec les condenseurs, voire même avec les cylindres voisins lorsque le moteur est polycylindrique.
La vapeur arrive par le ou les collecteurs 7 et s' échappe par le ou les c olleoteurs 8 après avoir travaillé dans le cylindre..
Le piston 9 est relié par une bielle 10 au vile- brequin 2. Il es t étagé et comporte deux séries de segments.
La partie supérieure glisse dans le fourreau intérieur de distribution comme un piston normal se mouvant dams un cylindre. La partie inférieure glisse dans le cylindre et comporte également une série de segments; ceux-ci servent notamment à arrêter l'eau de condensation qui inévitable- ment t onberait dans le carter. Le segnent supérieur atteint, au point mort haut, le bord inférieur des orifices 22 dits de purge, par lesquels l'eau de condensation et l'excès d'huile de graissa sont chassés lorsque le piston refonte.
Le déplacemsnt des deux fourreaux: de distribution est assuré par deux arbres manivelles 11 tournait à la même vitesse que le vilebrequin 2 et recevant le mouvement
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de ce dernier par l'int8:tmédia.1re d'un train d engr ena s fous à axes parallèles ou de tout autre commande appropriée.
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Sur la fig. 1 l'arbre de gemche entraine, par sa manivelle 12, le fourreau de distribution extérieur 13 et l'arbre de droite entraîne, par sa manivelle 14, le fourreau de distribution intérieur 15. Sur les manivelles 12 et 14 de ces arbres, sont montées des bielles 16 qui attaquent les extrémités des tiges de commande 5 des four- reaux de distribution.
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Des gaines télescopiques 17 relient les carters
21 des arbres manivelles 11 et la culasse 4 dans le but d'assurer la lubrification des organes en mouvement tels que bielles, tiges, etc... et le retour de l'huile vers le bas du mo teu r.
Le fourreau. xtérieur ou fourreau de réglage 18 est déplaçable verticalement et Bans rotation autour de lui-même par une commande à main, mise à la portée du con- ducteur. Il peut, à la limite, reposer air une surface annulaire menace dans lecylindre 1 dont l'intérieur oom- ' porte un alésage étagé à cet effet. On obtient ainsi la fermeture du collecteur d'arrivée de vapeur. Aux diffé- rentes positions de ce fourreau 18 dont le bord inférieur découvre les orifices 19 du ou des collecteurs corres- pondant autant de réglages possibles de l'admission.
Les deux antres fourreaux 13 et 15 dits fourreaux de distribution sont percés de lumières convenablement disposés et sont placés à l'intérieur du fourreau de réglage 18; d'une part, ils glissent l'un dans l'autre et, d'autre part, le fourreau intérieur 15 glisse sur la culasse 4 et sur le piston 9. Le fourreau extérieur 13 glisse dans le cylindre 1 et dans le fourreau de réglage
18.
Les bords inférieurs de leurs lumières coïncident dans la position dite "de pleine admission" (fig.3).
Dans cette position, le bord inférieur des orifices 19 des collecteurs 7 et le bord supérieur du piston 9 sont en lime aveo les bords inférieurs des lumières des four- reaux 13 et 15.
Le début de l'admission se produit (fig.4) lorsque le bord inférieur de la lumière du fourreau inté- rieur 15 (qui, pour le sens de rotation considéré, se
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déplaee vers le bas) passe devant le bord inférieur de la calasse 4. Le point d'ouverture est constant et ne dépend que du. calage de la manivelle 14 par rapport au maneton du vilebrequin.
La fin de l'admission est marquée par le fait que le bord inférieur de la lumière du fourreau extérieur 13 (qui, pour le sens de rotation considéré, se déplace vers le haut) passe devant le bord inférieur du fourreau de réglage 18 (fig.5).
Le point de fermeture; est donc. variable suivant la position occupée par le fourrean de réglage 18, la durée d'admission augmentant lorsque le conducteur déplace ce fourreau vers le haut.
Le stade dit "de pleine admission" carres pond au moment où. les manivelles 12 et 14 relatives aix deux fourreaux de distribution 13 e t 15 ont leurs axes perpen- diculaires aux axes des bielles 16 (fig.3) , Les vitesses de translation des fourreaux sont donc de même valeur et de sens contraire, cette valeur tétant maximum ppur un régime de rotation déterminé*
Pour une révolution du vilebrequin et par suite une révolution de chacun des deux arbres manivelles, il existe deux positions oü les bords inférieurs des deux fourreaux coïncident;
. La première, la position de pleine admission, vient d'être examinée , La deuxième se présente (fig.6) un demi-tour après,lorsque les manivelles 12 et 14 actionnant les fourreaux 13 et 15 se retrouvent sur la même ligne horizontale . On voit que, dans cette position, les lumières des fourreaux sont entièrement masquées par la culasse 4.
On obtient l'inversion du sens de marche par un décalage angulaire des arbres manivelles l'un par rapport
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à l'autre; à cet effet, les arbres en question sont liés au vilebrequin par un dispositif permettait ce décalage (par exemple par un couple d'engrenages hélicoïdaux dont on déplace l'un axialement par une commande appropriée mise à la portée du conducteur, ce déplacement axial déterminant la rotation de l'engrenage correspondant:, étant entendu que l'autre engrenage est suffisamment épais pour que l'engrènement subsiste) .
Les durées d'admission, volontairement réduites pour la marche normale, peuvent être augmentées pour faci- liter les démarrages. Stil n'en était pas ainsi, on risque- rait d'avoir, dans le cas d'un moteur poly-cylindrique, tous les cylindres isolés du collecteur de vapeur. * Le déplacement vers le haut du fourreau dit de réglage retarde comme on l'a vu la fin de l'admission et, si on dispose deplusieurs cylindres dont les manetons correspondants sont calés à 90 , il est possible de prolonger la durée d'admission d'un cylindre au-delà de 90 . Le moteur a ainsi, dans tous les cas, un cylindre à l'admission.
L'échappement est commandé par une deuxième série de lumières disposées dans les fourreaux 13 et 15 au-dessous des lumières d'admission et découvrant, dans leur course, des ouvertures 20 faisan): communiquer le cylindre avec le ou les collecteurs d'échappement 8 placés sous les collecteurs d'admission 7. Il y a lieu de remarquei que, comme pour l'admission, il existe deux positions de recouvrement dont l'une est neutre parce queles lumières sont masquées par le piston. Il ne peut donc y avoir échappement dans cette position qui est voisine du point mort hait.
La fig . 2 montre comment l'on peut réaliser pratiquement un moteur polycylindrique; dans cette figure,
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on a supposé, ce qui n'est qu'une forme d'exécution parti- culière, que les cylindres appartenaient à un bloc commun 23 et que les culasses 4, 4' etc.,. étaient distinctes et étaient centrées sur les cylindres correspondants par exemple par emboîtement de leur bord dans le haut des cy- lindres, et'le cas échéant étaient assemblées de proche en proche.
Bien entendu, la description qui précède est uniquement destinée à illustrer la manière de mettre en pratique l'invention et ses détails n'ont aucun caractère limitatif.
REVENDICATIONS
1 - Mécanisme de distribution pour moteurs à pistons et notamment pour machines à vapeur caractérisé par le fait qu'il comporte pour la commande de l'admission, deux obturateurs ou tiroirs superposés qui sont animés de mouvements rectilignes alternatifs en sens inverse l'un de l'autre et sont percés de lumières pour livrer passage au fluide dont ils règlent l'écoulement, ces obturateurs ou tiroirs étant synchronisés de manière que leurs lumières se correspondent alors qu'ils se déplacent en se dirigeant l'un vers l'autre à la vitesse maximum ou à une vitesse voisine de la vitesse maximum.
2 .- Mécanisme de distribution comme spécifié sous 1 caractérisé par le fait que les obturateurs à mouvement alternatif sont constituée par des fourreaux percés de lumières sur toute leur périphérie ou sur une grande partie de leur périphérie.
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