<Desc/Clms Page number 1>
"Dispositifde commande électromécanique à grande vitesse".
La présente invention a pour objet un mécanisme élec- tromécanique fonctionnant à une grande vitesse et pouvant être uti- lisé toutes les fois que l'on désire obtenir un mouvement mécanique ayant une très grande vitesse, réglé avec précision dans le t emps et dont la course est petite.
Il existe d'innombrables machines dans lesquelles cer- taines pièces doivent se mouvoir à de très grandes vitesses sur de petites distances. Jusqu'ici ces mouvements ont été obtenus à l'ai- de de moyens purement mécaniques, par exemple à l'aide de mécanisme à coup de marteau à cames à levée rapide, ou de mécanismes analo- gues. Ces moyens mécaniques sont loin d'être satisfaisantes ; l'usu- re est rapide à cause de la forte charge à envisager; on rencontre de grandes difficultés pour empêcher un bruit excessif et ces mé- canismes doivent être faits avec une très grande précision et en matières très dures, de sorte que leur prix de revient est élevé.
En outre, en raison de l'inertie mécanique, la vitesse que l'on peut obtenir avec précision par des moyens mécaniques est limitée. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et ces limites, ainsi que de créer un dispositif électro-mécanique permet- tant d'obtenir une très grande vitesse et, au besoin, des mouve- ments puissants réglés avec précision dans le temps et dont la course est petite, ce dispositif étant ralativement simple, sur
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention peut être appliquée sur une très grande échelle à des machines de types très différents, trop nombreux et trop divers pour pouvoir être cités, mais parmi les applications de l'invention on peut mentionner, uniquement à titre d'exemple, le fonctionnementde presses à force motrice et le fonctionnement des soupapes d'un moteur à combustion interne,
en particulier d'un moteur Diesel à injection de combustible, car ces deux cas sont des exemples typiques des problèmes que l'invention cherche à ré- soudre. On considérera d'abord le dernier cas, c'est-à-dire le fonctionnement des soupapes d'un moteur Diesel à injection de com- bustible.
Une soupape d'injection du combustible dans un moteur
Diesel devrait s'ouvrir instantanément et avec précision en un point déterminé d'avance du cycle du fonctionnement du moteur.
Il est évident que cet idéal théorique ne peut être atteint, car l'ouverture exige un certain temps. Dans la construction des moteurs modernes à combustion Interne, on apporte de grands soins pour assurer que les soupapes se meuvent aussi rapidement que pos- sible entre leur position dans laquelle elles sont complètement fermées et celle dans laquelle elles sont complètement ouvertes et l'on rencontre beaucoup d'ennuis, en même temps que l'on enga- ge de grands frais dans l'étude et la fabrication de cames à levée rapide, dans la réduction du poids des mécanismes de soupapes et dans d'autres équipements étudiés en vue d'obtenir une grande vi- tesse de fonctionnement.
Néanmoins, les limites mécaniques des organes actionnés par des cames sont telles que, quels que soient les soins apportés à la construction et à la fabrication, les ré- sultats obtenus sont encore loin d'atteindre l'idéal, et l'on peut dire sans doute que la limite du perfectionnement du méca- nisme usuel connu,,actionné par des cames, a été atteinte et qu'il n'y a guère. de possibilité de progresser encore dans cette
<Desc/Clms Page number 3>
vole. En appliquant Il?. présente invention à la' commande des sou- papes d'un moteur Diesel ou d'un autre moteur à combustion interne, on peut actionner ces soupapes beaucoup plus rapidement que cela n'est possible avec des cames ou des organes analogues et avec un réglage très précis du moment de fonctionnement.
On sait de plus que l'efficacité et le rendement d'une presse à force motrice dépendent beaucoup de la vitesse et de la précision du mouvement de l'outil de presse et l'on peut dire éga- lement dans ce cas que la limite de perfectionnement a presque été atteinte pour les presses à force motrice actionnées mécaniquement.
En appliquant l'invention au fonctionnement d'une presse à force motrice, on peut obtenir un mouvement beaucoup plus rapide de l'ou.. til de presse avec une très grande précision.
Suivant la présente invention un dispositif électro- mécanique fonctionnant à une grande vitesse comprend un accumulateur d'énergie électrique, des moyens pour décharger subitement l'éner- gie de cet accumulateur dans un circuit de décharge à un moment déterminé d'avance, une bobine à répulsion montée dans ce circuit de décharge, un élément à répulsion non ferro-magnétique bon con- ducteur de l'électricité monté près de cette bobine à répulsion et des moyens utilisant, pour actionner un organe mécanique à mettre en mouvement la force de répulsion créée entre la bobine à répul- sion et l'élément à répulsion, lorsque la décharge a lieu dans le circuit de la bobine à répulsion.
Un dispositif conforme à la présente invention permet de disposer de très grandes forces et de très grandes accélérations, la force augmentant avec l'intensité du courant qui passe dans la bobine et l'accélération augmentant avec la vitesse d'augmentation de cette intensité. Pour donner un exemple d'un exxai expéri- mental qui a été fait, on dira qu'une bobine combinée avec un or-
<Desc/Clms Page number 4>
gane ayant la forme d'un anneau de cuivre pesant 100 gr. et disposée de façon qu'un courant de 3.000 amp. soit obtenu en 1 ème de seconde a produit sur l'anneau une force de l'ordre 2400 de 5000 kg et une accélération de l'ordre de 100. 000 g.
De préférence, le dispositif accumulateur électrique est constitué par un condensateur électrostatique chargé à un voltage élevé par un réseau de distribution ou une autre source et déchargé subitement au moment voulu dans un circuit de déchar- ge dont l'inductance est telle qu'avec la valeur utilisée pour la capacitéet la résistance ohmique de la bobine, l'amortissement soit inférieur 4 la valeur cri tique. Dans l'exemple numérique elle dans l'alinéa précédent, on a utilisé un condensateur de 140 mfds chargé à 5.500 volts, le circuitde décharge ayant une inductance de 500 microhenrys et une résistance de 0,15 ohm.
La décharge qui s'est produite était oscillatoire amortie à environ 600 périodes par seconde, décharge dans laquelle un courant d'environ 3.000 amp. fut atteint à la fin du premier quart de période. Naturellement il se peut qu'on n'ait pas toujours besoin de forces de cette inten- site; par exemple, pour actionner la soupape d'injection de combus- tible dans un moteur Diesel, un condensateur de 8 à 12 microfarads chargé à 2. 000 volts environ développera une force suffisante.
Dans la mise en pratique de l'invention, on peutu- tiliser comme organe en mouvement l'organe conducteur non ferro- magnétique, qui sera appelé plus loin l'organe à répulsion, et/ou la bobine, qui sera appelée plus loin la bobine à impulsion. Le mouvement dans un sens peut être obtenu conformément à la présente invention et le mouvementde retour peut également être obtenu par des moyens conformes à l'invention, par exemple au moyen d'une au- tre bobine agissant sur un organe à répulsion, ou de toute autre façon, suivant les exigences de la machine à laquelle l'invention est appliquée. Par exemple, le mouvement de retour peut être A --
<Desc/Clms Page number 5>
effectué au moyen d'une bobine agissant sur un orgàne ferro-ma- gnétique comme dans un solénotde ordinaire.
Dans certains cas, dans lesquels le mouvement primaire effectué conformément à l'invention l'est avec de grandes forces, l'utilisation d'un solénolde ordi- naire alimenté par du courant continu pour le mouvement de retour ne donnera pas satisfaction, car il faudrait un solénolde de gran- des dimensions et d'une grande force, par conséquent peu commode.
En pareil cas, on peut utiliser un deuxième condensateur, chargé par une source convenable qui se décharge à travers un solénolde relativement petit pour effectuer le mouvement de retour. En général, en pareil cas, le solénoïde doit avoir un nombre suffisant de spires de façon que les valeurs d'inductance et de résistance de son circuit soient telles que l'amortissement soit supérieur à la valeur critique (en tenant compte de la valeur de capacité du circuit), de sorte qu'il se produit, dans le solénotde, uneim- pulsion relativement lente de courant à un seul sens ayant une va- leur de pointe beaucoup plus grande que celle que l'on pourrait tolérer dans un adénoïde de marne construction alimenté comme d'ha- bitude par du courant continu.
On obtient ainsi un champ magnéti- que pulsatoire agissant sur l'organe ferro-magnétique pour assu- rer le mouvement de retour. Lorsqu'on utilise une action de ré- pulsion ou une action ferro-magnétique à impulsion comme celle qui vient d'être décrite pour assurer le mouvement dans les deux sens,, on peut utiliser des moyens retardateurs pour commander les durées relatives des mouvements "d'aller" et de "retour". En ré- glant le retard, on peut régler la durée "d'ouverture" de la sou- pape, lorsque l'invention est utilisée pour actionner une soupape d'un moteur à combustion interne.
Lorsque l'invention est appliquée à la manoeuvre d'une soupape commandant un fluide sous pression, l'action de retour peut
<Desc/Clms Page number 6>
être effectuée, entièrement ou partiellement, par l'utilisation de la pression du fluide, la commande de la durée d'ouverture étant alors obtenue par la commande de la pression effective et/ou de l'intensité de l'impulsion 'd'aller".
On dispose d'un certain nombre de procédés de réglage de l'impulsion. L'un de ces procédés consiste à régler le poten- tiel auquel le condensateur est chargé. Un autre consiste à ré- gler la résistance ohmique du circuit de décharge. Ces deux pro- cédés,qui peuvent étée utilisés individuellement ou ensemble, peuvent être appelés des procédés de réglage extérieur car ils n'impliquent aucune variation de la valeur de l'inductance de la bobine d'impul- sion ou de la valeur de la capacité du condensateur. On remarquera que le réglage de la résistance ohmique du circuit de décharge produit le réglage de la constante de temps/(et en réduisant par conséquent l'accélération) lorsque la résistance augmente.
En outre, un réglage peut être effectué par le réglage de la capacité et/ou de l'inductance. Ces réglages modifieront la vitesse d'action en faisant varier la fréquence du train d'ondes amorties produit lors- que le condensateur se décharge.
L'invention est représentée dans les dessins simpli- fiés et schématiques ci-joints. Dans ces dessins: fig. 1 est une vue d'un mécanisme actionnant une presse à force motrice ou une machine analogue, mécanisme construit suivant l'invention et dans lequel une commande à répulsion agit à l'aller, le mouvement de retour étant assuré par commande élec- tro-magnétique à impulsion. fig. 2 représente schématiquement un mode de réali- sation de l'invention appliqué au fonctionnement d'une soupape . d'injection de combustible dans un moteur Diesel; et de l'amortissement du circuit de décharge en augmentant la constante de temps
<Desc/Clms Page number 7>
fig. 3 représente une variante dans laquelle le retour est commandé par un ressort;
fig. 4 est une autre variante dans laquelle le retour est assuré par action magnétique. fig. 5 est une vue schématique en coupe d'une bobine et d'un organe à répulsion; fig. 6 est une vue schématique en coupe d'un autre type de bobine; fig. 7 représente un mode de réalisation dans lequel l'organe et la bobine sont simultanément mobiles; fig. 8 représente un dispositif permettant d'obtenir la commande automatique d'une soupape d'injection; fig. 9 est un mode de commande du thyratron; fig. 10 est une variante de fig. 9; fig. 11 est un mode de réalisation de l'invention; fig. 12 est une vue en plan d'un condensateur centri- fuge dont la capacité varie en fonction de la vitesse; fig. 13 est une coupe de fig. 12 ; fig. 14 représente schématiquement un mode de réalisa. tion de l'invention appliqué à un moteur à quatre cylindres;
fig. 15 en est une variante; fig. 16 en est une seconde variante ; fig. 17 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention appliqué à un moteur polycylindrique.
Dans la fige 1 l'organe à ne ttre en mouvement est re- présenté schématiquement par l'arbre 1, qu'il s'agit de faire mou- voir à une très grande vitesse, sur une courte distance, dans le
<Desc/Clms Page number 8>
sens de la flèche en trait plein et qui est ramené en arrière dans le sens de la flèche en tireté . Le premier mouvement est obtenu au moyen d'un organe à répulsion non ferro-mégnétique 2, par exemple un disque épais en cuivre, et le deuxième est obtenu au moyen d'un plongeur ferro-magnétique 3, les pièces 2 et 3 é- tant montées toutes deux sur l'arbre 1. L'organe à répulsion 2 est monté très près d'un côté d'une bobine à répulsion 4 et le plongeur 3 pénètre dans le trou axial d'un solénoïde 5.
Le mouvement rapide de l'organe à répulsion dans le sens de la flèche en trait plein est obtenu par la décharge subite du condensateur 6. On pro- voque cette décharge en fermant les contacts 7 d'un relais dont l'enroulement 8 est excité par une source convenable représentée par une batterie 9, par l'intermédiaire du segment de contact 10 et du balai 11 d'un commutateur 12 tournant dans le sens des ai- guilles d'une montre. Lorsque la bobine 4 est excitée par l'im- pulsion de décharge du condensateur 6, l'organe 2 se meut très vivement vers la gauche dans la figure, et après une course déter- minée d'avance, l'organe 3 ferme lescontacts 13, excitant ainsi l'enroulement 14 d'un relais dont les contacts sont indiqués en 15, cette excitation étant produite par une source convenable représentée par la batterie 16.
L'excitation de la bobine 4 pro- voque la fermeture des contacts 15 et ferme ainsi un circuit de décharge pour le condensateur 17, circuit qui passe par la bobine 5; celle-ci est ainsi excitée et assure le retour de la pièce 3.
Les condensateurs 6 et 17 peuvent être chargés de tou- te façon convenable connue en soi. Comme le montre le dessin, une source constituée par un réseau de distribution est reliée aux bornes 18 et alimente par l'intermédiaire d'un transformateur élévateur 19 un redresseur ordinaire à lampe à décharge 20 four- nissant aux condensateurs 6 et 17 un courant continu non égalisé.
A
<Desc/Clms Page number 9>
Pour empêcher que les enroulements du transformateur 19 ne soient parcourus par un courant excessif qui pourrait endommager la lampe du redresseur 20 lorsque les condensateurs 6 et 17 se dé- chargent, - car les circuits de décharge ont une faible résis- tance ohmique,- il est préférable de protéger les circuits de charge. Dans la figure cette protection est assurée par l'in- sertion en série dans le circuit du primaire du transformateur 19, .de contacts 21, 22 normalement fermés, faisant partie d'un relais et disposés de façon à s'ouvrir lorsque les enroulements respec- tifs 23, 24 du relais sont excités.
La bobine 23 du relais est excitée tout juste un peu avant l'excitation de la bobine de re- lais 8, au moyen d'un balai supplémentaire 25 du commutateur 12, tandis que la bobine 24 est excitée tout juste avant la bobine 14 au moyen d'une paire supplémentaire de contacts 2 6 actionnés par la pièce 3, lorsque celle-ci se meut dans le sens de la flèche en trait plein. En général, le relais 22-24 et son circuit ne se- ront pas nécessaires, car normalement le circuit de la bobine 5 n'aura pas une si petite résistance qu'un protection soit néces- saire pour l'appareil 19-20, mais cette protection est repré- sentée dans la fig. 1 pour que la description soit complète.
Un dispositif comme celui qui est représenté dans la fig. 1 convient bien pour le fonctionnement d'une presse et de grandes forces peuvent être obtenues d'une façon relativement facile. Dans une presse d'essai, la bobine de, répulsion avait un diamètre extérieur de 7,¯6 cm, un diamètre intérieur de 1,25cm et une épaisseur de 1,25 cm et elle était constituée par 180 spires de fil N 18 (jauge anglaise) émaillé et guipé de coton.
La face voisine de l'organe à répulsion était couverte d'une tôle d'acier inoxydable N 22 (jauge anglaise). Cet organe à répulsion était un disque en aluminium de 7,5 cm de diamètre
A -
<Desc/Clms Page number 10>
et de 6,5 mm d'épaisseur fixé à un arbre central en aluminium de 25 mm de diamètre etde 7,5cm de long, prolongé par un arbre en acier doux ayant également 25 mm de diamètre et 5 cm de long. Un léger ressort entourant l'arbre en aluminium maintenait l'organe à répulsion appliqué contre la face doublée d'acier de la bobine à répulsion. Le poinçon de la presse était monté à l'extrémité de l'arbre en acier, qui passait à travers un bloc de guidage en a- cier, ce poinçon s'adaptant, en fin de course, à l'intérieur d'un bloc en acier trempé alésé pour le recevoir.
Le solénolde de re- tour était monté tout juste au-dessus du bloc de guidage en acier et il était constitué par 4.000 spires de fil n 32, jauge an- glaise, émaillé et guipé de soie, formant une bobine d'environ 7,5 cm de diamètre extérieur, 3,8 cm de diamètre intérieur et 3,8 cm d'épaisseur.
Le condensateur dont la bobine à répulsion recevait une impulsion avait une capacité de 50 mfds et était chargé à 4.000 volts. A la décharge, la force de répulsion résultante pro- duite sur l'organe à répulsion était d'environ 5 tonnes, de sorte que le poinçon pénétrait dans un métal placé tout.juste au-dessous de ce poinçon et au-dessus de la matrice. La décharge durait environ 1/1000 de seconde. Le même condensateur servait à la fois à produire une impulsion pour la bobine à répulsion et pour le solénoide de retour, mais pour faire fonctionner ce dernier, il n'était chargé qu'à 1.500 volts.
Environ 1/4 de seconde après le fonctionnement de l'organe à répulsion, le condensateur (chargé à 1.500 volts) était déchargé dans la solénolde de retour qui, en agissant sur la partie en acier de l'arbre, tirait sur le poin- çoin et l'arrachait du métal dans lequel il avait pénétré pendant la course de répulsion. La deuxième Impulsion ou impulsion de retour durait 1/5 de seconde. La course d'aller absorbait donc
<Desc/Clms Page number 11>
une énergie de 400 joules et celle de retour près de 62 joules, de sorte que la source d'énergie électrique avait à fournir envi- ron 462 joules.
Comme 400 joules étaient dégagés en 1/1.000 de seconde dans le cas de la bobine à répulsion, la puissance élec- trique disponible pendant ce laps de temps était de 400 kw et, en admettant que le rendement de conversion en énergie mécanique soit de 8% environ, comme c'est le cas en prati,que, ceci repré- sente environ 43 CV.
Dans la fig. 2 un organe à répulsion 2 constitué par un disque en aluminium, cuivre, argent ou autre métal très bon conducteur, estmonté dans un cylindre 27 constitué par un agran- dissement aménagé sur le parcours d'un tube 28, 29 d'arrivée de l'huile lourde, ce tube étant enacier inoxydable ou en autre ma- tière peu conductrice et peu perméable, et fixé à une broche creu- se 30 en acier inoxydable ou matière analogue montée dans le tu- be partant de l'une des faces planes du cylindre. L'organe à im- pulsion porte un trou central aboutissant à l'intérieur de la broche creuse, dont les parois présentent une ou plusieurs lumiè- res 31 pour le passage de l'huile lourde. A. son extrémité éloi- gnée (non représentée), la broche est faite en forme d'aiguille (non représentée) commandant l'injection du fuel.
Une bobine à Impulsion 4 reliée par des contacts 7 et, si on le désire, une résistance réglable (non représentée, aux bornes d'un condensa- teur continuellement chargé est montée autour du tube 29, dans le- quel se trouve la broche et très près de la face plate voisine du cylindre. Le circuit de charge n'est pas représenté dans la fig. 2. Lorsque les contacts 7 sont fermés, le condensateur 6 se décharge dans la bobine 4 et l'organe à répulsion 2 se meut très rapidement vers la gauche dans la fi g. 2 pour ouvrir la sou- pape à aiguille.
<Desc/Clms Page number 12>
Dans la fig. 2 le mouvement de retour est également obtenu par une action de répulsion, une deuxième bobine 4' étant montée autour du tube 28 et saillant de l'autre coté du cylindre, cette bobine étant reliée également, si on le désire, par l'inter- médiaire d'une résistance réglable non représentée, aux bornes d'un deuxième condensateur 6' continuellement chargé, ce circuit com- prnnant des contacts 7' disposés de façon à être fermés à un mo- ment déterminé d'avance et variable, si on le désire, après la fermeture des contacts 7 du circuit du premier condensateur 6.
Dans la fig. 3, un ressort 32, qui peut être ré- glable si on le désire, est monté dans le cylindre 27 de façon à s'opposer au mouvement de l'organe à répulsion 2 lorsque le con- densateur 6 se décharge, la deuxième bobine 6' et son circuit de condensateur dans la fig. 2 étant naturellement supprimés. Dans la fig. 3 une résistance réglable 33 est montée en série avac la bobine 4.
Au lieu d'être produit par un ressort ou une action de répulsion, le retour peut être assuré par action magnétique, comme le montre par exemple la fig. 4, en montant un manchon 3' en matière ferro-magnétique sur la broche et une bobine magnéti- que 5', coopérant avec lui, à l'extérieur de la partie appropriée du tube 29. Cette bobine peut être alimentée par une source lo- cale 34 par l'intermédiaire d'un rhéostat 35, au moyen duquel on peut régler l'effort de traction magnétique de retour. De cette façon, en réglant le courant qui passe dans la bobine magnétique 5', on peut faire varier la course de l'organe à répulsion, pour une impulsion de décharge donnée, et régler ainsi le laps de temps pendant lequel la soupape est ouverte.
Suivant une variante toutefois on peut utiliser un retour électro-magnétique produit par une impulsion excitant la bobine à partir d'un circuit de
<Desc/Clms Page number 13>
décharge d'un condensateur, comme pour la bobine 5 et son conden- sateur 17 avec les contacts 15 de la fig. 1.
E général il est préférable, bien que cela ne soit nullement nécessaire, d'utiliser des bobines à impulsion du type à "galette" plate, c'est-à-dire des bobines dont le diamètre est plus grand que la longueur, plutOt que de longues bobines de pe- tit diamètre, car le rendement (rapport entre l'énergie cinéti- que de l'organe à répulsion et l'énergie fournie au condensateur durant sa charge) est plus grand avec le premier type de bobine.
Il y a toutefois une grande gamme de types que l'on peut adopter pour la bobine à répulsion et pour l'organe à répulsion. Ainsi, comme le montre la fig. 5, la bobine/peut avoir la forme d'un so- lénoide portant un anneau ou disque 2 saillant sur le 1/3 environ de sa longueur à l'intérieur de la bobine, ou bien un organe à répulsion en forme de disque ou d'anneau plat peut s'appuyer sur la face latérale de la bobine à répulsion, comme le montrent les fig. 1 à 4, ou bien, comme le montre la fig. 6, l'organe à répul- sion peut avoir la forme d'un tronc de cône et la face latérale de la bobine 4 peut avoir une forme conique correspondante sur la moitié environ de la longueur de la bobine pour recevoir l'orga- ne à répulsion.
Dans les dispositifs construits suivant la présente invention, et dans lesquels des courants très intenses passent dans la bobine à répulsion pendant des laps de temps très courts, c'est-à-dire lorsqu'on utilise des condensateurs de grande capa- cité chargés à un voltage élevé, en combinaison avec des bobines à répulsion ayant relativement peu de spires et une faible indus- tance, il est avantageux d'utiliser ce quton appelle des bobines "à enroulement ondulé" qui bont bien connuesen soi. Ceci con- tribue à assurer un fonctionnement silencieux en évitant les mou- vements soudains entre spires dans la bobine elle-même, lorsque le courant de décharge passe dans cette bobine.
<Desc/Clms Page number 14>
Dans les modes de réalisation qui viennent d'être dé- crits et qui sont représentés, on a supposé que l'organe à répul- sion était mobile et que la bobine ou les bobines à impulsion é- taient fixes. Il est évident que cela n'est pas essentiel, car, la force de répulsion étant relative, l'organe à répulsion et/ou la bobine à impulsion peuven t être mobiles. Dans un mode de réali- sation de ce genre, représenté dans la fig. 7, un organe à répul- sion 2 est monté à l'extrémité du poussoir 36 qui est par exemple en acier inoxydable (ou en toute autre matière amagnétique appropriée peu conductrice), actionnant une soupape à combustible (non repré- sentée) etcoulissant longitudinalement dans un palier monté dans un tube 38, qui peut aussi être en acier inoxydable.
Ce tube est monté axialement dans un cylindre 39 fermé à une extrémité par une paroi plate (à travers laquelle le tube et le poussoir passent de la façon représentée) et à l'autre par une pièce 40 en forme de pis- ton coulissant sur le tube et constituée par un profilé creux appro- prié sur sa face extérieure pour recevoir une bobine à impulsion 4 qui y est adaptée. Le tube est pourvu de lumières 41 débouchant dans le cylindre près de la face plate, et le mazout provenant d'une sounce appropriée sous pression (non représentée) est admis dans ce cylindre en passant à travers une soupape de retenue 42.
Lors- qu'une impulsion est envoyée dans la bobine à impulsion 41, l'organe à répulsion 2 et la bobine 4 (à laquelle le piston 40 est attaché) sont accélérés dans des sens opposés, le premier ouvrant la sou- pape à combustible et la deuxième produisant une action de pompa- ge refoulant le mazout à travers le tube et la soupape à combus- tible, qui est maintenant ouverte. Après l'impulsion, la pression du mazout ramène la bobine et l'organe à répulsion dans leur po- sition initiale par l'un quelconque des procédés déjà décrits.
L'organe à répulsion peut être renfermé dans un boitier 43 muni
<Desc/Clms Page number 15>
d'un tube 44 aboutissant à une pompe mazout (non représentée), de façon à renvoyer au réservoir le combustible pouvant suinter le long du poussoir. Si on le désire, le piston 40 peut être sollicité par un ressort (non représenté) qui tend à le ramener à sa position initiale, de sorte qu'après une impulsion ce pis- ton est ramené à cette position par ce ressort et qu'il aspire ainsi de l'huile qu'il introduit dans le cylindre 39 à travers la soupape 42. Dans ce cas la construction peut être telle que le mazout n'ait pax besoin d'être amené sous pression.
Lorsque le retour de l'organe à répulsion est assuré au moyen d'une bobine magnétique excitée continuellement (comme dans la fige 4), la présente invention étant appliquée à l'injec- tion du combustible dans des moteurs Diesel, on peut obtenir une commande automatique en envoyant des impulsions d'amplitude cons- tante à la bobine à impulsion et en commandant la période "d'ouver- ture" de la soupape à combustible par le réglage du courant qui passe dans la bobine magnétique. Plus le courant de la bobine magnétique est faible, plus la soupape restera longtemps ouverte pour une impulsion donnée. La fig. 8 est une vue d'un dispositif de ce genre.
Dans ce dispositif, un rhéostat 35 monté dans le cir- cuit de la bobine magnétique 5' sert de commande à étranglement provoquant l'injection d'une plus grande quantité d'huile et une accélération du moteur si la résistance existant en 35 augmente.
Le voltage de la bobine magnétise 5' varie suivant la vitesse du moteur, -comme cela est représenté, il est fourni par une petite génératrice à courant continu à bas voltage 45 actionnée par le moteur - et l'on obtient ainsi une action d'étranglement commandée, car si la charge du moteur diminue, ce qui entraine une augmenta- tion de la vitesse, le voltage augmente aux bornes de la bobine magnétique, ce qui réduit la durée de l'ouverture de la soupape, contrebalançant ainsi l'augmentation de la vitesse.
<Desc/Clms Page number 16>
poiur assurer un contrôle encore plus exact, il est préférable de monter dans le circuit de la bobine à impulsion 4 une deuxième résistance variable 46 à commande unique dans le sens opposé à celui de la résistance variable montée dans le circuit de la bobine magnétique, de sorte qu'une variation de la résis- tance 35, variation qui augmente le courant de la bobine magné- tique, est accompagnée d'une variation de la résistance 46, va- riation qui diminue le courant de la bobine à impulsion, et réci- p roquement. Le reste de la fig. 8 sera décrit plus loin.
Dans la fig. 1 les circuits de décharge des conden- sateurs sont commandés par des contacts actionnés par des relais et dans les autres figures 2 à 7, qui sont schématiques et très simplifiées, les organes de commande des circuits de décharge sont représentés simplement par des contacts commutateurs, sans que des organes de commande de ces contacts soient représentés.
La com- mande nécessaire des circuits de décharge des condensateurs de l'ap- pareil conformément à la présente invention peut être effectuée de nombreuses façons différentes, soit à l'aide de commutateurs ac- tionnés mécaniquement, c'est-à-dire de commutateurs actionnés par des cames ou des organes analogues, ou de commutateurs rotatifs, soit, comme le montre la fig. 1, à l'aide de commutateurs consti- tués par les contacts de relais, ou, purement électriquement, par des commutateurs constitués par des dispositifs électroniques tels que des thyratrons, que l'on peut faire passer de l'état con- ducteur à l'état non conducteur, -d'une façon bien connue en soi, par l'application de potentiels de commande à ces thyratrons.
Une commande à commutateur électronique convient bien lorsqu'un ré- glage précis dahs le temps est nécessaire, par exemple lorsque l'in- vention est appliquée à la commande de la soupape d'injection du combustible dans un moteur Diesel. Ainsi,,si l'on considère de nouveau la fig. 8 la bobine à Impulsion 4 et la résistance régla- soit à l'aide de commutateuts actionnés mécaniquement
<Desc/Clms Page number 17>
ble 46 sont montées en série avec la lampe à décharge électronique gazeuse 47 (dite thyratron) et reliées aux bornes du condensateur 6.
La bobine magnétique 5', qui est montée en série aved la résis- tance réglable 35, est reliée aux bornes du moteur actionnant la dynamo à bas voltage 45 déjà décrite. Le moteur actionne également une dynamo à haut voltage 48, qui charge le condensateur 6 à tra- vers une résistance appropriée 49.
La cathode du thyratron est chauffée par le dispositif de chauffage usuel, qui peut ètre exci- té par la batterie de démarrage 50 existant normalement et loe cir- cuit de grille du thyratron comprend une source 51 de polarisation négative de grille en série avec une bobine d'induction 52. Ltano- de du thyratron est reliée, par l'intermédiaire de la résistance 46 et de la bobine 4, au même coté du condensateur 6 que celui auquel la borne positive de la dynamo à haut voltage 48 est reliée ( par l'intermédiaire de la résistance 49), de sorte que le thy. ratron reçoit sa tension-plaque de cette dynamo, bien que cela ne soit naturellement pas une disposition nécessaire.
Normalement le thyratron n'est pas conducteur, mais lorsqu'une impulsion de voltage appropriée est induite dans la bobine d'induction 52 (le mode de réglage du moment et de l'induction de cette impulsion sera décrit plus loin), la polarisation négative provenant de la source 51 est vaincue, le thyratron s'allume et la bobine à im- pulsion 4 reçoit presque instantanément la décharge soudaine du condensateur 6.
On considérera maintenant le fonctionnement de ce dispositif. Dès que le moteur est mis en marche par le démarreur 53 par suite de la fermeture du commutateur de démarrage 54, la dynamo à bas voltage 45 fournit du courant pour la bobine magné- tique 5' et le condensateur 6 est chargé par la dynamo à haut voltage 48. Au moment voulu pendant la course du piston du moteur, la bobine d'Induction 52 reçoit une impulsion(comme onleverra plus loin), le thyratron 47 devient conducteur, la bobine à impulsion 4/reçoit
<Desc/Clms Page number 18>
une décharge qui actionne l'organe à répulsion (non représenté dans la fi,. 8) et le mazout estinjecté dans le cylindre, de sorte que le moteur part.
A ce notent le moteur tourne encore très lentement. Les paramètres des circuits et, en particulier, la cons tante de temps du circuit de charge du condensateur etles caractéristiques de voltage et de vitesse de la dynamo à haut voltage 48 sont choisis de façon qu'à ce moment le voltage du couder. sateur soit encore relativement peu élevée quoique étant assez haut pour actionner l'organe à répulsion. La vitesse du moteur croit mais, en raison des constantes du circuit, constantes qui ont été calculées d'avance, la vitesse de charge du condensateur est encore plus grande que la vitesse effective de décharge au dé- part, desorte que les impulsions de la bobine à impulsion aug- mentent avec la vitesse du moteur.
Cette augmentation est contre- balancée toutefois par l'augmentation simultanée de l'intensité du courant parcourant la bobine magnétique, par suite de l'augmenta- tion du voltage de la dynamo à basvoltage 45 actionnée par le moteur. Ainsi, pendant la période d'accélération initiale, la- quantité de fuel injecté sera sensiblement constante.
Toutefois, lorsque le moteur a atteint une certaine vitesse, le condensateur 6 atteint son potentiel maximum etquelle que soit la rapidité d'ac- célération que le moteur tend à atteindre, ce potentiel n'augmente- ra pas, attendu que, bien que le potentiel de lE. dynamo à haut voltage 48 augmente avac la vitesse du moteur, la constante de temps du circuit de charge du condensateur a pour effet que le potentiel du condensateur est en retard, la décharge ayant lieu avantque le voltage du condensateur ne dépasse le inaximum déter- miné d'avance. En conséquence, dès qu'une certaine vitesse est atteinte, le condensateur 6 se décharge toujours à un voltage constant, donnant ainsi une impulsion constante à la bobine à im- pulsion.
Toutefois, le courant de la bobine magnétique augmente
<Desc/Clms Page number 19>
avec la vitesse, de sorte qu'on obtient une action de réglage auto- matique, le moteur gardant une vitesse sensiblement régulière et constante déterminéepar le réglage de la. valeur "d'étranglement" produite par la bobine magnétique à commande différentielle et par les résistances 35, 46 de la bobine à impulsion. Ainsi, au- dessus d'une vitesse minima, les variations de charge produisent, dans le courant de la bobine magnétique, des variations qui ne sont pas contrebalancées par les variations du courant de la bobine à impulsion, et l'injection du combustible varie automatiquement par la valeur pour maintenir une vitesse fixée détranglement, malgré ces variations de la charge.
Il existe de nombreuses manières d'assurer la commande de déclanchement nécessaire pour le thyratron et par conséquent le réglage du moment de la manoeuvre de la soupape. Par exemple, comme le montre la fig. 9, un petit aimant 55 peut être monté sur un disque isolant approprié 56 porté par l'arbre du moteur, de sorte que, lorsque le moteur tourne, cet aimant passe sous la bobi- ne d'induction 52, très prèsde celle-ci (ou sous une bobine dis- tincte accouplée avec cette bobine ou reliée à cette bobine), de façon à induire la f.e.m. de commande nécessaire ;
oubien,comme le montre la f ig. 10, le disque isolant 56 peut porter une petite plaque conductrice 57 qui passe, de façon à les relier électri- quement, sous deux plaques conductrices fixes 58 montées dans le circuit de grille du thyratron, qui est ainsi commandé par un changement de capacité; ou bien le disque peut agir comme un commu- tateur, ou bien il peut être disposé de façon à actionner un commu- tateur qui commande le thyratron ou décharge directement le con- densateur.
L'utilisation de la décharge conductrice directe du condensateur n'est pas préférée, malgré sa simplicité électri- que, parce qu'elle produit un réglage un peu moins précis dans le temps et qu'elle oblige à appliquer de hauts voltages à des piè- ces du moteur.
<Desc/Clms Page number 20>
Le réglais du moment d'ouverture de la soupape peut ôtre effectué par exemple par un montage à position réglable de la bobine d'induction, des -laquescapacité, du balai du comuta- teur ou de l'interrupteur (suivant le cas), qu par le réglage de la polarisation du thyratron (si l'on en utilise un) et par une disposition telle que ce thyratron soit commandé avant que 10 voltage maximum de commande pouvant être obtenu ne soit atteint.
Si on le désire, un redresseur à peut être relié en opposition aux bornes du thyratron, Dans ce cas toute la décharge du condensateur passera dans la bobine d'induction, au lieu que celle-ci ne soit trais rséeque par la première 'Jointe positive de la décharge oscillatoire du condensateur.
Dans un autre mode de réalisation représente dans la fig. ll et comprenant deux bobines à impulsion 4, 4', une pour l'ouverture de la soupape etl'autre pour sa fermeture., la bobine d'ouverture est ontéo en série avec un thyratron 47' au;; .,'ornes d'un condensateur variable 6', et la bobine de fermeture 4' est reliée, par l'intermédiaire d'un redresseur à décharge gazeuse 59, aux bornes du même condensateur, la cathode du thyratron et l'anode du redresseur étant reliées entre elles et au potentiel négatif de la source de charge (non représentée) dont la borne positive est reliée à l'autre borne du condensateur.
Le thyratron est polarisé vers la position de "fermetare" par le potentiel appliqué à. sa Vrille par le conducteur 60 et il estdisposé, par exemple de la façon décrite ci -dessus, de façon à recevoir une impulsion de commande appliquée à sa grille au moment du départ. Il est évident que ce circuit est un circuit oscillatoire et que, (pourvu que la valeur ; soit assez élevée, c'est-à-dire qu'il n'y ait pas trop de résistance), la décharge du condensateur 6' sera du type à train d'ondes amorties.
Il est évident aussi que le thyratron ne peut "s'ouvrir",, c'est-à-dire laisser passer le courant, que lorsqu'un potentiel positif est appliqué à son anode et simultané- ment un potentiel de commande à sa grille. En conséquence, par
<Desc/Clms Page number 21>
suite de la polarité de la charge du condensateur, le courant ne passera par la bobine d'ouverture 4 (lorsque le thyratron est commandé) que pendant la première alternance de la décharge oscil- latoire et pendant cette alternance le redresseur 59 sera "fermé".
Pendant l'alternance suivante, toutefois, le thyratron se"ferme" et le redresseur "s'ouvre", envoyant une impulsion de décharge dans la bobine à impulsion de fermeture 4'. Une alternance de la première période ouvre la soupape et l'alternance suivante la ferme. L'intervalle entre l'ouverture et la fermeture dépend de la fréquence du circuit, fréquence qui peut naturellement être réglée par le réglage de l'inductance et/ou de la capacité. La troisième alternance est naturellement incapable d'envoyer une impulsion dans la bobine à impulsion parce que le redresseur a maintenant une anode négative et que l'impulsion de commande a cessé sur le thyratron.
On conçoit que, comme l'intervalle entre l'ouverture et la fermeture de la soupape à combustible dépend de la fréquence d'oscillations du circuit, la commande de l'inductance ou de la capacité (cette dernière'est celle qui convient le mieux) réglera la quantité de combustible injectée, et qu'un réglage de l'induc- tance ou de la capacité, ou des deux dans le cas d'un dispositif différentiel, peut servir à produire l'effet d'un modérateur et, si on le désire, une commande modératrice automatique pour mainte- nir une vitesse commandée sensiblement constante malgré les varia- tions de la charge du moteur, Par exemple, le condensateur varia- ble 6' de la fig. Il peut être commandé en fonction de la vitesse du moteur, la capacité diminuant naturellement lorsque la vitesse augmente.
Un condensateur centrifuge convenable propre à servir dans ce but est représenté, dans deux vues sensiblement perpendi- culaires entre elles, 12 et 13, et comprend un disque isolant 61 entraîné par le moteur et portant les cylindres concentriques en métal 62,63 ayant leur axe commun sur l'axe de rotation.
Le cylindre extérieur porte, maintenu par des ressorts 64 disposés
<Desc/Clms Page number 22>
radialement, un certain nombre de plaques arquées 65 (quatre par exemple) coopérant avec le cylindre intérieur 62 pour former le condensateur 6' de la fig. ll, avec lequel la liaison est offec-
EMI22.1
tuée Ci1 moyen des b81cis 66. 1,o1'3"11.1e la v:tu3se ..le rotation 8U,,- mente, les ressorts cant comprimas par iaL7 :W'.'lt2 tiOn 1,F: i2 force u.ûil :ri..ela¯,6' FL)i,c;s8rt sur ?-er plaques arquées, la distrncc entre ces plaques et le c,;-11n0r2 intérieur ,?ï%e.:E;ts et =j;=r suite 18 capa- cité diminue.
Le condensateur 6' de la fig. 11 peut gêtre un con- densateur de ce Genre ou bien ce dernier peut servir de condensa- teur auxiliaire monté en paraître avec le condensateur Pour simplifier la description il n'a pas été question jusqu'ici de moteurs polycylindriques, mais il est évident que l'invention est également applicable à ces moteurs en utilpaut
EMI22.2
so::'+ ur CC:'"'/.2Ç;,'J,t2'c1' '¯ ;;tince pour chaque cylindre, soit un con- densateur commun et un distributeur approprie.
Dans un moteur à quatre cylindres, par exemple, il pourrait yavoir, comme le montre la fig. 14, quatre dynamosà haute tension 48 actionnes par le moteur, chargeant chacun son propre condensateur 6 par l'intermédiaire d'une résistance 49 et chaque condensateur étant disposé de façon à se décharger dans son propre thyratron 47, chaque thyratron étant commandé, de la façon dé,jà décrite, par sa propre bobine à induction de commande 52. Les bobines à in- duction sont disposées $autour d'un disque 56 portant un aimant 55 etque le moteur faittourner. Une source de polarisation commune 51 peut servir pour tous les thyratrons.
Dans une variante, re- présentée dans la fig. 15, chaque condensateur 6 est chargé par un redresseur distinct 67, le courant étant fourni par le secondaire distinct 68 d'un transformateur à plusieurs enroulements ayant un
<Desc/Clms Page number 23>
primaire 69 excité par un alternateur 48' actionné par le moteur.
Ou bien, au lieu d'utiliser plusieurs dynamos de charge, une pour chaque cylindre, on pourrait utiliser aussi une machine complexe ayant un rotor commun et quatre stators, ou un stator commun et quatre rotors. De plus, comme le montre la fig. 16, les quatre condensateurs 6 pourraient être montés en série dans un circuit de charge commun constitué par un grand condensateur prin- cipal 70 chargé continuellement par une source appropriée (non représentée), par l'intermédiaire d'une résistance 71 et par un commutateur actionné par le moteur.
Ce commutateur porte un ai- mant 55 servant à induire des f.e.m. dans les quatre bobines d'in- duction 52 de commande des thyratrons, comme précédemment, et il porte aussi un contact coopérant avec un balai 72 par lequel la borne positive du condensateur principal 70 est reliée,, une fois à chaque tour du moteur, au côté positif du groupe de quatre con- densateurs à décharge 6 montés en série, le côté négatif diu con- densateur principal étant relié directement au côté négatif de ce groupe de condensateurs en série.
Dans un dispositif représenté à la fig. 17, ne comprenant qu'un seul condensateur 6 pour un moteur polycylindrique, le condensateur est relié, par l'intermédiaire d'un thyratron princi- pal 47' aux bornes d'une source de courant appropriée (non repré- sentée) de façon à être chargé par cette source une fois à chaque tour du moteur, ce résultat étant obtenu en rendant le thyratron conducteur par tout moyen appropriée convenable (non représenté), Quatre circuits (si l'on suppose qu'il s'agit d'un moteur à quatre cylindres), reliés aux bornes de ce dondensateur comprennent chacun un thyratron 47'" monté en série avec une résistance 49' et une bobine 4 impulsion 52.
Les thyratrons 47" sont inversés alter- nativement, c'est-à-dire que l'anode du premier est relié à la cathode du deuxième, elle-même reliée à l'anode du troisième et
<Desc/Clms Page number 24>
aoinsi de suite. Les quatre résistances ont des valeurs différen- tes; celle qui est montée dans le circuit du. premier thyratron 47" est la plus grande, celle du deuxième thyratron vient limmédiatement après, et ainsi de suite.
Les quatre thyratrons 47" sont dispose s de façon à être commandés aux Moments voulus de toute façon aporo- priée (non représentée). Lorsque le premier de ces thyratrons est commandé, il laisse pas. er le courant pendant la première alter- nance positive de la décharge eseillatoir principale, c'est-à-dire jusqu'à ce que son anode devienne négative.
Lorsque le thyratron suivant est co mandé, il laisse passer lecourant pendant l'alter- nance (négative) suivante de la décharge, car il est inverse par rapport au prêter thyratron, Quatre alternances successives de la décharge produisentdonc quatre impulsions, une pour chaque bobine à impulsion.
Les quatre résistances )ce ' ont des valeurs allant successivement en décroissant, de facon que les quatre décharges sient la même amditude, bien que l'état de charge du condensateur soit réduit par chaque déclarge successive dans la série ,le quatre. uivant une variante, bien que cela ne soit pas préférable, on peut utiliser quatre bobines à impulsion de cran- deurs différentes, de facon que des impulsions inégales puissent produire les Dièses injections de combustible.
Il est évident que de nombreuses modifications différen- tes qui ne seront pas décrites ici peuvent être apportées à l'invention, et que celle-ci n'est nullement limitée aux applica- tions dont il a été question ni aux modes de réalisation qui ont
<Desc/Clms Page number 25>
été décrits. par exemple, lorsque l'invention est appliquée au réglage du fonctionnement de l'injecteur de combustible d'un moteur Diesel, le réglage du moment de l'injection peut être effectué, non pas par un organe entraîné par le vilebrequin du moteur, mais par un ou plusieurs organes montés dans le cylindre ou les cylindres du moteur.
Ainsi, une résistance à charbon peut être soumise à la pression d'un cylindre et disposée de façon à commander un thyratron pour assurer l'injection du combustible lorsque cette pression atteint une valeur déterminée d'avance; ou bien un cristal piézo-électrique peut être soumis d'une façon analogue à la pression d'un cylindre et servir d'organe de comman- de; ou bien deux conducteurs isolés peuvent être disposés d'une façon appropriée dans le cylindre, de façon à constituer deux plaque: d'un condensateur à trois plaques, dont la troisième plaque est constituée par le piston, la commande de déclanchement étant effectuée lorsque le piston occupe une position déterminée d'avan- ce par rapport aux deux conducteurs, ce qui produit une capacité déterminée d'avance;
ou bien une capacité variable analogue à un microphone électrostatique peut être montée dans le cylindre de manière que son diaphragme soit soumis à la pression du cylindre, cette capacité étant agencé'e de façon à servir d'organe de commande lorsque sa valeur de capacité correspond à une pression déterminée d'avance régnant dans le cylindre.
De même, si on le désire, on peut utiliser des procédés de réglage connus en combinaison avec les procédés qui font l'objet de la présente invention. Ainsi, lorsqu'une résistance réglable, ou une inductance ou une capacité est disposée de faàon à jouer le rôle de modérateur, elle peut être soumise à un réglage automa- tique effectué par un régulateur centrifuge.