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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de:
BREVET D'INVENTION Mark, Ferdinand MEINERTZ " Perfectionnements apportés aux moteurs à com- bustion interne à deux temps et à double effet ".
Priorité d'une demande de brevet déposée au
Danemark, le 17 mai 1945 , n 967/45.
On. connaît des moteurs à deux temps et à double effet avec des balayages transversaux ou inversés aux deux extrémités du cylindre. Ces moteurs sont simples pour la rai- son que l'admission et l'échappement peuvent être réglés par le piston moteur seul,de sorte que l'on doit seulement flaire intervenir un nombre minimum d'organes mobiles. Par contre, par suite de l'imperfection du système de balayage, ils ont des pressions moyennes relativement faibles et , par consé- quent, leur poids et leur encombrement sont comparativement grands par rapport à l'effet qu'ils produisent. De plus ils sont fortement soumis à des sollicitations thermiques qui, malheureusement, sont inégales par suite du chauffage irrégu- lier des parties du cylindre qui entourent les lumières.
On connaît également des moteurs du même genre mais avec balayage longitudinal aux deux extrémités du cylin- dre, les lumières de balayage étant contrôlées par le piston moteur, au cours de l'échappement, à travers les organes d'é- chappement, constitués par des tiroirs à piston ou des tiroirs coulissants et qui sont montés dans les deux extrémités du cylindre.
L'utilisation de tiroirs coulissants nécessite l'intervention de commandes séparées pour ces tiroirs depuis l'arbre moteur ou vilebrequin ce qui implique que la longueur du moteur et, par conséquent son poids deviennent relativement grands alors que l'on peut obtenir une pression moyenne éle- vée par suite du balayage longitudinal.
On a proposé diverses constructions pour des. moteurs à deux temps et à double effet avec des lumières/d'é- chappement aux extrémités de celui-ci, toutefois, pour autant qu'on le sache, ces solutions n'ont pas été mises en pratique jusqu'ici à cause des difficultés que présente la réalisation du cylindre et, plus spécialement, la construction de son ex- trémité traversée par la tige de piston. Suivant l'une de ces propositions antérieures on a voulu monter une soupape d'é- chappement dans cette extrémité du cylindre de manière qu'elle entoure la tige du piston, mais une telle construction n'est pas applicable en pratique pour la raison que la soupape de- vient très lourde et exige des efforts trop considérables pour être actionnée.
De plus il est impossible d'y avoir ac- cès sans procéder à des travaux de démontage très importants.
/ de balayage au milieu. du, cylinire et aves des soupapse
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Selon une autre proposition on a essayé d'éviter ces difficultés en montant la soupape d'échappement de l'ex- trémité ar laquelle sort la' tige du piston, d'une manière particulière dans le couvercle ou la culasse du cylindre, c'est-à-dire à côté du passage pour la tige du piston et obli- quement par rapport à celle-ci.
Cette disposition, d'une part, présente l'inconvénient que le balayage de cette extrémité du cylindre n'est pas très efficace à cause de l'échappement uni- latéral et de l'emplacement axial de la tige du piston et, d'autre part, elle implique, par suite de la construction asymétrique, dont les effets désavantageux sont encore renfor- cés par le fait que la soupape d'échappement devient relative- ment grande,une charge inégale sur la culasse des cylindres et sur la chemise par l'effet de la pression de combustion et des sollicitations thermiques de sorte que la construction doit être considérée comme étant inapplicable.
La présente invention a pour but, surtout, de réaliser un moteur à deux temps et à double effet avec balaya- ge longitudinal dans les deux extrémités du cylindre et pour lequel les avantages des machines connues sont combinés alors que leurs inconvénient sont évités, afin d'obtenir un type de moteur, qui convienne à des installations fixes et à des machines pour bateaux avec des rendements importants ou très grands par cylindre, tout en présentant l'avantage combiné, dans un but pratique, d'être léger et peu encombrant pour chaque unité utile, d'être simple à construire, de présenter des conditions de charge excellentes pour résister aux pres- sions de combustion et aux sollicitations thermiques, tout en procurant une sécurité de fonctionnement et tout en per- mettant un accès aisé pour une inspection ou un démontage.
L'invention concerne plus spécialement des mo- teurs à combustion interne à deux temps et double effet et du genre de ceux pour lesquels on réalise un balayage longitudi- nal aux deux extrémités du cylindre par des lumières de balaya- ge commandées par le piston, ces lumières étant ménagées dans .
une pièce formant une partie centrale du cylindre alors que des lumières d'échappement, commandées par des soupapes à plateau, sont ménagées dans les deux extrémités du cylindre, parmi lesquelles l'extrémité supérieure comporte, de préféren- ce, seulement une soupape d'échappement centrale, # et l'invention consiste, principalement, à faire comporter à l'extrémité inférieure du cylindre, c'est-à-dire celle qui est traversée par la tige du piston, deux soupapes d'échappement, disposées obliquement et d'une manière complé- tement ou essentiellement symétrique par rapport au passage de la tige du piston, chacune des deux extrémités du cylindre étant constituée par un corps en forme de cloche et en une seule pièce en acier,
ce corps étant rendu solidaire de la partie centrale à l'aide d'une lourde bride d'assemblage pré- vue à son extrémité ouverte et comportant, à une certaine dis- tance en dehors de son extrémité fermée un collier léger -- ayant de préférence une forme sensiblement plate -- par lequel les passages pour les soupapes d'échappement, les soupapes d'ad- mission, les soupapes pour l'air de démarrage, etc..et pour la boite de bourrage pénètrent dans l'extrémité fermée du cylindre, le bord extérieur dudit collier prenant appui sur et faisant partie de l'extrémité d'une chemise de refroidissement, qui enveloppe l'extrémité correspondante du cylindre alors que la partie centrale du cylindre forme , de la manière connue per se,
une poutre longitudinale faisant fonction de boite
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à air de balayage et qui transmet les efforts dûs à la dom- bustion, aux autres parties du bâti, alors que les extrémités du cylindre font saillie sur cette poutre/de manière qu'ils puissent se dilater librement vers le haut et ,le bas.
De cette manière on peut obtenir un balayage de l'extrémité inférieure qui soit tout aussi efficace que celui de l'extrémité supérieure et on élimine toutes les dif- ficultés que l'on rencontre lorsqu'on conàtitue le cylindre inférieur de manière qu'il puisse résister aux effets dûs à la combustion et aux sollicitations thermiques. Ceci pro- vient de ce que les cylindres fermés, en forme de cloche et en une seule pièce, sont par eux-mêmes très solides et que le montage symétrique des soupapes dtéchappement sur l'extré- mité fermée du cylindre inférieur procure un chauffage égal et uniforme de ce dernier. De plus on dispose d'une place suffisante pour y établir des cavités de refroidissement.
Comme on a supprimé des couvercles séparés pour les cylindres on élimine également les moyens de serrage, très lourds, pour ces couvercles et on transmet les pressions de combustion directement par les cylindres à la partie centrale et de là au bâti fixe tout en permettant aux cylindres de se dilater dans le sens longitudinal.
Les extrémités orientées vers l'extérieur, des chemises de refroidissement sont, comme indiqué plus haut, constituées par des colliers légers prévus sur les cylindres et ces colliers ne peuvent pas donner lieu à des sollicita- tions thermiques appréciables pour la raison qu'ils sont min- ces et flexibles. De même, les extrémités orientées vers l'intérieur, des chemises de refroidissement peuvent, confor- mément à l'invention, prendre appui sur des colliers légers, venus de fonderie avec les cylindres et qui se trouvent au voisinage des brides d'assemblage de ces derniers. La chemi- se de refroidissement proprement dite peut alors être consti- tuée par un simple tube cylindrique qui est fixé à un collier et qui prend appui, par un joint déformable , sur le bord de l'autre collier.
Il est connu de faire comporter aux moteurs du genre en question un cylindre dont la surface de portée est constituée par une garniture en trois parties et en matière ayant de bonnes propriétés de glissement, telle que la fonte.
Cette disposition connue peut etre réalisée, d'une manière particulièrement avantageuse, dans un moteur établi selon l'invention en constituant ladite garniture, en plusieurs parties par deux pièces cylindriques simples et en une matiè- re ayant une épaisseur très faible et qui sont refoulées ou' emmanchées respectivement dans leurs cylindres en acier et en forme de cmoche correspondants alors que la garniture de la partie centrale, comportant la boite à air de balayage, est notablement plus épaisse et présente sur tout son contour des lumières pour l'air de balayage, qui sont réparties régulièrement.
De cette manière on obtient que les deux parties de la garniture, qui sont soumises à l'usure, sont courtes et minces et de constitution très simple de sorte qu'on peut leur donner une dureté uniforme convenable ce qui implique une ususe légère. Elles peuvent également être remplacées à peu de frais et sans qu'il soit nécessaire de ohanger la partie centrale de la garniture. Ceci permet de donner à cette der- nière une épaisseur suffisamment grande pour que l'on puisse obtenir un contrôle convenable de l'air de balayage de sorte que le travail coûteux pour fermer les lumières de balayage par meulage n'est pas perdu lorsqu'on remplace les parties usées de la garniture.
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Alors que la commande de la soupape d'échappe- ment du cylindre supérieur ne donne lieu à aucune difficulté il n'est pas possible, sans plus , de commander les deux sou- papes d'échappement du cylindre inférieur à l'aide d'un même arbre à cames, car ces soupapes sont établies de part et d'autre de la tige de piston et leurs tiges sont orientées obliquement vers l'extérieur et vers le bas suivant des di- rections différentes.
L'invention consiste donc également à avoir recours à un mécanisme de commande particulier pour les soupapes d'échappement du cylindre inférieur et qui comprend une tige de commande, actionnée par une came commune aux deux soupapes et qui est orienté vers le bas pour aboutir dans le carter fermé du moteur où elle agit, par un ensemble de le- viers logé dans le carter, sur des poussoirs verticaux qui sortent vers le haut hors du carter, chaque poussoir se trou- vant en dessous de la tige de la soupape correspondante et a- gissant sur cette dernière par l'intermédiaire d'un levier oscillant ayant approximativement la forme d'un marteau.
Suivant un mode de réalisation avantageux de ce mécanisme de commande, on prévoit seulement pour l'ensemble des leviers, logé dans le carter, des appuis et des liaisons lâches, qui ne nécessitent aucune autre lubrification que celle obtenue par les projections d'huile dans le carter.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'e- xemple, un mode de réalisation de l'invention.
Les fig.1 et 2 montrent respectivement en coupe axiale partiellement schématique et en vue de côté ( parties en coupe) depuis la droite de la fig. 1, un moteur établi conformément à l'invention.
On doit supposer que les dessins ne montrent qu'un unique groupe de cylindres faisant partie d'un moteur polycylindrique. On a désigné par 1 la partie centrale de ce groupe et sur laquelle sont boulonnés un cylindre supérieur 2 et un cylindre inférieur 3 respectivement à l'aide de lourdes brides d'assemblage 5 et 6 . La partie centrale 1, de pair avec les parties centrales des cylindres adjacents, forme une poutre longitudinale sur laquelle les cylindres su- périeur et inférieur fon saillie de sorte que ceux-ci peu- vent se dilater librement et respectivement vers le haut et vers le bas.
Cette poutre est fixée par des boulons et écrous 31 aux montants 4 établis transversalement par rapport à la direction longitudinale de la machine et qui transmettent les pressions, dues à la combustion, aux parties restantes du bati fixe ( non montré) du moteur.
Les cylindres supérieur 2 et inférieur 3 sont constitués par des corps de révolution lourde, en forme de cloche et en acier. Dans l'extrémité libre de chacun desdits corps on ménage des passages assez grands, dans le cylindre 2, pour une soupape d'échappement 13, et dans le cylindre 3 pour la tige de piston 16. Ces passages son formés à l'aide de tubes relativement épais et coaxiaux par rapport aux corps, en forme de cloche, des cylindres et ces tubes portent, à leurs extrémités orientées vers l'extérieur, respectivement des colliers légers 7 et 8 en forme de plateaux et dont le diamètre extérieur eet légèrement plus grand que celui des corps du cylindre.
Les bords extérieurs des colliers 7 et 8 sont usinés de manière à constituer des surfaces d'appui cylindriques respectivement pour des chemises de..
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refroidissement tubulaires 9 et 10. Celles-ci sont fixées à des colliers légers correspondants 11 et 12 établis respec- tivement sur les extrémités, orientées vers l'intérieur, des corps des cylindres 2 et 3.
Dans les colliers 7 et 8 sont ménagés des pas- sages pour les organes usuels des cylindres tels que des soupapes d'admission, des soupapes pour l'air de démarrage, des soupapes indicatrices des soupapes de sureté, etc..Ces passages sont constitués à l'aide de tubes légers qui sont venus de fonderie avec les corps des cylindres et les colliers.
L'épaiàseur de ces tubes est choisie de manière qu'ils ne puissent pas donner lieu à des sollicitations thermiques. Un seul passage de ce genre est montré en 17 sur la fig 1. Le cylindre inférieur comprend , en outre, deux passages analo- gues pour les soupapes d'échappement 14 qui sont montées sy- métriquement par rapport à la tige 16 du piston et placées obliquement par rapport à l'axe de ce dernier. En montant les soupapes d'échappement de cette manière, il devient pos- sible d'obtenir une surface d'échappement suffisamment éten- due sans que l'espace de combustion présente des espaces morts nuisibles.
La soupape d'échappement 13 du cylindre supérieur 2 est commandée de la manière usuelle, depuis un arbre à cames 18 et à l'aide d'un poussoir 19 et d'un bras oscillant
20. Les soupapes d'échappement 14 du cylindre inférieur 3 sont commandées par le même arbre à cames et à l'aide d'une tige de commande 21 orientée vers le bas et aboutissant dans le car- ter fermé 30 du moteur où elle agit sur un levier coudé 23 susceptible de pivoter sur un axe fixe 22. L'autre bras du levier coudé 23 agit, par un poussoir 24, sur un autre levier coudé 25 qui est calé sur une tige 26, supportée librement par des appuis solidaires de la paroi du carter, cette tige portant également un levier 25 de deuxième ordre.
Ce dernier ainsi que l'autre bras du levier coudé 25 agissent respecti- vement sur des poussoirs verticaux 27 qui traversant, par des guides 29fa paroi supérieure du carter, directement en-des- sous des extrémités libres des tiges de soupapes 14 sur les- quelles agissent respectivement par des leviers oscillants 28, ayant la forme d'un marteau et qui sont montés sur les pivots fixes. Tout le mécanisme de commande ne comprend donc que des liaisons et des appuis lâches et ne nécessite aucune au- tre lubrification que celle obtenue par les projections d'hui- le dans le carter. La plus grande partie du mécanisme de com- mande est donc dissimulée dans le carter et n'empêche donc pas l'accès à l'extrémité libre, orientée vers le bas, du cylindre supérieur et aux boites de bourrage 15 et 36 de la tige de piston.
La garniture intérieure du cylindre assemblé est constituée par des pièces en fonte et comprend une gar- niture centrale 32 logée dans la partie centrale 1 et deux garnitures extrêmes 34 et 35 logées respectivement dans les c corps des cylindres 2 et 3. La garniture centrale 32 est re- lativement épaisse afin que les lumières de balayage 33, ob- tenues par'meulage, soient suffisamment longues pour que l'on obtienne un contrôle convenable de l'air de balayage. Les garnitures extrêmes 34 et 35 sont par contre, plutôt minces et sont serrées dans les corps des cylindres en étant fixées à ceux-ci par refoulement ou emmanchement à chaud.
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Elles peuvent, comme montré, comporter un petit rebord exté- rieur pour les maintenir en place après leur introduction mais, à part cela, elles présentent une épaisseur sensible- ment uniforme sur toute leur longueur et sans brides épaisses.
Elles peuvent donc être remplacées économiquement alors que la garniture centrale ne doit pas être remplacée puisqu'elle n'est, pour ainsi dire , pas exposée à l'usure.
L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation tel que montré et décrit, et plusieurs de ces détails peuvent être modifiés de diverses manières. Par exem- ple, les chemises de refroidissement des corps des cylindres peuvent être constituées d'une manière différente de celle montrée du moment que l'on conserve le collier léger sur le corps du cylindre pour délimiter l'espace de refroidissement.
Les soupapes peuvent aussi être commandées différemment par des moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques. La partie centrale du cylindre peut-être constituée par une pou- tre continue prévue pour les différents cylindres ou elle peut être formée à l'aide de plusieurs pièces distinctes, boulonnées ou soudées entre-elles, si on le désire. De meme, la construction du bâti peut être différente de celle qui a été montrée.