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REGULATEUR HYDRAULIQUE.
La présente invention a pour objet un régulateur hydraulique du type comprenant une pompe volumétrique entraînée par le moteur à régler et travaillant en circuit fermé, un piston mobile dans une chambre appartenant à ce circuit, la partie de cette chambre se trouvant d'un côté du piston étant reliée à lentrée de la pompe, et l'autre à la sortie de la pompe, un passage calibré pratiqué dans une paroi de cette chambre reliant les deux-parties sus- dites de la chambre entre elles et dimensionné pour produire une chute de pres- sion du fluide dans le circuit susdit, un ressort agissant sur le piston en sens opposé du fluide se trouvant dans la chambre et des moyens reliant le pis- ton à un organe de commande de l'alimentation du moteur à régler,
caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour régler la section du dit passage calibré.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, un régulateur d'un principe connu sur lequel repose l'invention, ainsi que deux formes d'exécution du régulateur objet de l'invention avec diagrammes de fonctionnement.
La fig. 1 est une coupe schématique expliquant le fonctionnement d'un régulateur connu, qui est destinée au réglage d'un moteur à vitesse cons- tante et charge variable.
La fig. 2 est un diagramme explicatif.
La fig. 3 est un'antre diagramme explicatif
La fig. 4 est une coupe schématique de la première forme d'exécu- tion, qui est destinée au réglage d'un moteur de traction à vitesse et'charge variables.
Les fig. 5, 6 et 7 représentent, à plus grande échelle, une vue de détail d'une variante de la from e d'exécution selon la fig. 4, montrant les organes dans trois positions différentes.
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La fig. 8 est une coupe schématique-de la deuxième forme d'exécu- tion, qui est destinée également au réglage d'un moteur de traction à vitesse et charges variables.
Les fig. 9 et 10 sont des vues de détail à plus grande échelle, relatives à cette deuxième forme d'exécution.
La figo 11 est un diagramme explicatif.
La fig. 12 est un autre diagramme explicatif.
Les fige 13 à 16 représentent schématiquement les divers organes du régulateur selon fig. 8 à 10, dans diverses positions qu'ils peuvent pren- dre.
Dans ces figures, les mêmes chiffres de référence désignent les organes correspondants des divers régulateurs représentés.
Le régulateur connu représenté à la fig. 1 va être décrit pour ex- pliquer le principe sur lequel repose l'invention. Il comprend une pompe volu- métrique 1, par exemple une pompe à engrenages,logée dans un bâti 2, entrai'... née par le moteur à régler non représenté, qui dans cet exemple peut être un moteur quelconque à gaz, à vapeur, ou un moteur hydraulique devant travailler à vitesse constante sous une charge variable. De l'huile, par exemple, est amenée par des conduits 3 et 4 à l'entrée de la pompe. La'pompe refoule l'hui- le dans une chambre cylindrique 5 prévue dans le bâti 2 et dans laquelle glisse un piston 6.
Le piston est soumis à la poussée d'un ressort 7 prenant appui sur l'un des fonds, 8, de la chambre 5. Ce piston présente une tige 9 comman- dant un organe d'alimentation du moteur, constitué dans ce cas par une vanne 10 commandant elle-même le passage du fluide dans un conduit 11 allant au mo- teur. Dans le fond du piston est ménagé un passage calibré 12 établissant une communication entre les deux faces de ce fond et par lequel passe l'huile four- nie par la pompe. L'huile revient à la pompe par un conduit 13 communiquant avec le conduit 3. Ce dernier est en liaison avee un réservoir d'huile non représenté.
Le régulateur est représenté dans la position de démarrage du mo- teur, pour laquelle la vanne 10 d'alimentation de ce dernier est complètement ouverte. Quand le moteur est mis en marche (par des moyens non représentés), il entraîne la, pompe 1 en synchronisme avec lui. Cette dernière devra attein- dre une certaine vitesse avant que la pression sur le piston soit suffisante pour vaincre la poussée initiale du ressort 7. Quand la vitesse permise par le passage calibré 12 est atteinte, la pression sur le piston 6 abaisse ce dernier qui, par l'intermédiaire de la tige 9, réduit la section de passage de la vanne 10. La section du passage calibré 12 est telle qu'un équilibre stable du régulateur soit atteint pour toutes les positions possibles du pis- ton 6 entre deux vitesses déterminées du moteur, comme on le verra plus loin.
Il est évident qu'une diminution de la charge du moteur tend à produire une augmentation de sa vitesse, et par conséquent de la vitesse de la pompe 1.
La pression sur le piston augmente, et ce dernier, en s'abaissant, diminue la section de passage de la vanne 10 commandant l'alimentation du moteur. Inver- sement, une augmentation de la charge du moteur tend à faire tomber sa vitesse, ce qui a pour effet de diminuer la pression sur le piston 6. Ce dernier remon- te sous l'action du ressort 7, ce qui augmente l'ouverture de la section de passage de la vanne 10.
Soit :
V la vitesse d'écoulement du fluide en circulation par le passage calibré 12.
P1 la pression de sortie de la pompe volumétrique 1, et
Po la pression à l'entrée de cette pompe.
Désignons par .12 = P1 - Po la pression agissant sur le piston 6 du régulateur, po pouvant être, par exemple, la pression atmosphérique.
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La vitesse V est donnée par la formule de Torricelli :
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où w est le coefficient d'écoulement de l'orifice, et h la pression exprimée en hauteur d'eau. On a:
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ou est la densité du liquide utilisé dans le régulateur, de l'huile par exem- ple.
On a donc :
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v = w zozo y ou : V2 = 20w2g o P à
Cette dernière équation représente une parabole rapportée à ses axes 12 et V. On peut donc tracer., comme on le décrira plus loin à propos de la fige 2, la parabole représentant la vitesse d'écoulement V au passage cali- bré 12 en fonction de la pression p agissant sur le piston du régulateur.
Si .2 est le débit de la pompe par tour, et '*(. le rendement volumé- trique de cette pompe, le débit par seconde pour une vitesse de rotation de la pompe est :
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Si l'on désigne par S la section du passage calibré 12, le débit Q de la pompe est lié à la vitesse d'écoulement V par la formule
Q = SV exprimant la loi de continuité. On peut donc exprimer la vitesse de rotation n en fonction de V et de p :
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D'autre part, la pression .12 est liée aux caractéristiques du ressort 7 du piston par la loi linéaire de Hook :
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où F est la surface active du piston 6, a la poussée initiale du ressort 7, b sa raideur, et v sa flèche, qui est égale à la course du piston.
Dans la figure 2, la pression 2 en abscisse représente donc égale- ment a + by/F o On peut ainsi représenter sur le diagramme de la figo 2 la vi- tesse nde la pompe (ou celle du moteur) en fonction de tous les paramètres de l'appareil :
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Cette relation montre que la vitesse de rotation croît linéaire- ment avec la section 8 du passage. On peut donc tracer les courbes représen- tant la vitesse de rotation n en fonction de la pression p pour chaque section
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déterminée S=0, S=l, etc. (fig. 2)o Ces courbes forment une famille de para- boles homologues ayant même axe et même sommet. Ainsi,, sur la fig. 2, pour une section active F du piston bien déterminée, la pression 12 en abscisse représente également la poussée du ressort de rappel.
EMI4.2
On choisira par exemple deux pressions pl et P2 entre lesquelles fonctionne le régulateur à tous les régimes n, du ralenti à la vitesse limite maximum. A ces pressions p1, p2 correspondent respectivement des vitesses
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d'écoulement 7 V2.
La pression p1 choisie détermine la poussée initiale a du ressort, selon la relation
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Pl = j, C1' OÜ. 8. 1?.. ' La flèche maximum ][ du ressort, ou encore la course du piston entre
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les positions extrêmes, sera représentée par l'abscisse P2-pl' On a la relation :
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d'où
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Les deux paramètres a eJ21 du ressort du régulateur sont ainsi bien déterminé Se On désigne ici par "degré d'irrégularité" la variation de vitesse nécessaire pour obtenir, à un régime déterminé, l'ouverture et la fermeture complètes de l'organe de commande de l'admission du moteur. Le diagramme de
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la fig. 2 permet de choisir les deux e8taetéristiques a et b du ressort de rap- pel de manière que le degré d'irrégularité soit conforme à celui recherché pour le moteur.
Le degré d'irrégularité décroît lorsque la poussée initiale a du ressort augmente, tandis qu'il augmente avec la raideur b et la flèche il. du ressort.
Si par exemple, pour un moteur de traction, on reporte graphique-
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ment;les positions Z en fonction de la vitesse de rotation du moteur, on ob- tient le diagramme de la figo 3 (courbes en traits continus)., pour un régula-
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teur travaillant entre les pressions choisies pi, p2 Le degré d'irrégularité calculé en % du régime reste donc le même pour toutes les vitesses.
S'il s'agissait d'un moteur à vitesse constante et charge variable, le fonctionnement du régulateur travaillant entre les mêmes pressions p1, p2 serait représenté par l'un quelconque des segments de la parabole correspondant à la vitesse n déterminée., pour laquelle existe, comme on l'a vu., une section S également bien déterminée du passage calibrée
On voit facilement que pour régler un moteur à vitesse constante et charge variable, il est possible de faire varier la section S du passage calibré pour avoir un degré d'irrégularité déterminée par exemple au moyen d'une aiguille parabololdique solidaire du piston et susceptible de se déplacer dans un alésage circulaire., le profil à donner à cette aiguille pouvant être calculé par les relations ci-dessus.
Plus la poussée initiale a du ressort est grande,
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plus la parabololde se rapproche d'un cône (figo 2)0
Si, au lieu d'une paraboloïde ou d'un cône, la dite aiguille est cylindrique, la section S du passage reste constante sur toute la course du piston, et le degré d'irrégularité pourra se lire sur le diagramme fig. 30 Dans ce casil est évident que l'aiguille peut être remplacée par un simple perçage de section S dans le piston, par exemple.
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Ainsi, lorsqu'il s'agit de régler un moteur à vitesse constante et charge variable., il suffit de construire le régulateur selon le segment de parabole (figo 2) correspondant au régime demandé entre deux vitesses limites n déterminant le degré d'irrégularité exigé. A ces deux vitesses correspondent, comme on l'a vu, deux pressions Pl, P2 bien déterminées, qui définissent elles- mêmes exactement les caractéristiques a et b du ressort du régulateur.
Dans le cas d'un régulateur pour un moteur de traction, la section S du passage calibré 12 doit varier avec la vitesse du moteur, suivant les lois établies plus haut. On voit d'après les fige 2 et 3 que lorsque la section S du passage calibré est doublée, la vitesse du moteur est également doublée, et que lorsque la vitesse du moteur est doublée, le degré d'irrégularité en nombre de tours est. également doublé et reste donc le même en % du régime de rotation.
Si le degré d'irrégularité recherchée calculé en % de la vitesse de régime,, est le même pour tous les régimes, du ralenti à la vitesse limite maximumil est évident qu'il suffira de faire varier, par un moyen quelcon- que, la section S du passage calibré 12 (figo 1) pratiqué dans le piston 6, pour obtenir le réglage d'un moteur de traction.
La fig. 4 représente une forme d'exécution d'un tel régulateur.
Elle comprend, comme le régulateur selon fig. 1, une pompe à engrenage 1 entra.1- née par le moteur à régler, un bâti 2, des conduits 3 et 4 amenant l'huile à l'entrée de la pompe 1, une chambre cylindrique 5 dans le bâti 2, un piston 6 et son ressort 7, ce dernier prenant appui sur la paroi fermant la chambre 5 à sa partie supérieure, une tige 9 solidaire du piston 6 et commandant une vanne 10, qui commande elle-même le passage du fluide alimentant le moteur par le conduit 11. Dans le fond du piston 6 est ménagé un trou axial calibré 12 établissant une communication entre les deux faces de ce fond et par laquelle passe l'huile fournie par la pompe. L'huile revient à la pompe par le conduit 13 communiquant avec le conduit 3. Ce dernier est en liaison avec un réservoir d'huile non représenté.
Le régulateur comprend en outre une aiguille 14 soli- daire de l'accélérateur (non représenté) du moteur. L'aiguille 14 est capable de glisser dans l'un des fonds, 8, de la chambre 5 et se termine par une extré- mité libre conique sur laquelle est monté un manchon 15 expansible. Ce dernier est constitué par un anneau fendu présentant une surface extérieure de forme générale cylindrique et une surface intérieure conique ayant la même conicité que l'aiguille 14. Le manchon est retenu à sa partie inférieure par une bride 16 coopérant avec une pièce 17 solidaire du bâti, de sorte que le manchon ne peut pas se déplacer en direction axiale. Le manchon 15 coopère avec le trou axial 12 percé dans le fond du piston 6.
Selon la position donnée à l'aiguil- le 14, le manchon 15 est plus ou moins écarté. On a ainsi le moyen de faire varier la section S du passage calibré annulaire constitué par l'espace compris entre le trou 12 et le manchon 15, cette section pouvant prendre toutes les valeurs possibles entre une section minimum correspondant à l'arrêt ou au ra- lenti du moteur, et une section maximum correspondant à la vitesse limite ma- ximum.
Dans le dispositif ci=dessus,\1 la section S du passage calibré., une fois déterminée par la position de l'aiguille 14, reste constante quelle que soit la position du piston 6 relativement au manchon 15, puisque la surface extérieure de ce dernier est de forme générale cylindrique. Si le moteur à régler exige des degrés d'irrégularité différents suivant les régimes, on don- nera à l'extrémité libre de l'aiguille 14 la forme représentée aux fig. 5 à 7.
L'aiguille 14 comprend dans ce cas, une partie cylindrique 18 coulissant dans le fond 8 de la chambre 5, une première portion conique 19,une deuxième portion conique 20, dont la conicité est moins accentuée que celle de la première por- tion 19, puis une dernière portion 21, cylindrique. Quand l'aiguille 14 est dans la position représentée à la fig. 5, le manchon 15 présente une surface extérieure conique, de diamètre décroissant de bas en haut.
Selon la variation du couple résistant, pour une vitesse déterminée par la section du passage ca- libré, le piston 6 se déplace relativement au manchon 15. Pour une diminution du couple résistant, la vitesse augmente, le piston 6 se déplace vers le haut, la section S du passage calibré croît; et le degré d'irrégularité augmente.
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La fig. 6 correspond au cas de la fig. 4, c'est-à-dire que dans ce cas, la sec- tioh S du passage calibré est invariable pour toutes les positions du piston 6, et le degré d'irrégularité est donné naturellement par le ressort 7. Si enfin l'aiguille est dans la position représentée à la fig. 7, le manchon 15 présente une surface extérieure conique de diamètre croissant de bas en hauto Quand le piston 6 se déplace vers le haut, la section S du passage calibré décroit et le degré d'irrégularité diminue.
L'équilibre du régulateur sera indifférent lorsque, pour une coni- cité déterminée du manchon 15 selon fig. 7, le degré d'irrégularité sera égal à 0. Les segments de parabole des vitesses n (figo 2) seront remplacés alors par des segments de droites parallèles à l'axe des pressions, tandis qu'à la fig. 3, les segments paraboliques seront remplacés par des segments de droites parallèles à l'axe des y.
Si la conicité du manchon 15 selon fig. 7 est encore plus élevée, le degré d'irrégularité est inversé (négatif) et le réglage s'opère encore de tout à rien, le démarrage s'effectuant avec la vanne 10 dans la position d'ou- verture maximum du conduit 11. Dans le cas d'un degré d'irrégularité négatif, toutes les positions possibles du régulateur sont également stables.
Le régulateur représenté à la fig. 8 est également destiné au ré- glage d'un moteur de traction, et il permet de modifier le degré d'irrégula- .rite de l'appareil sans changer les caractéristiques . et b du ressort. Il comprend une pompe à engrenages 1 entraînée par le moteur à régler, un bâti 2, des conduits 3 et 4 amenant l'huile à l'entrée de la pompe 1, une chambre cy- lindrique 5 dans le bâti 2, un piston 6 glissant dans cette chambre et soumis à l'action d'un ressort 7 prenant appui sur la paroi fermant la chambre 5 (à sa partie supérieure sur le dessin),une tige 9 solidaire du piston 6 et commandant une vanne 10, qui commande elle-même le passage du fluide alimentant le moteur par le conduit 11.
Dans le fond du piston est ménagé un trou calibré 12, à une certaine distance de l' axe du piston, établissant une communication entre les deux faces de ce fond et par lequel passe l'huile fournie par la pom- pe. L'huile revient à la pompe par un conduit 13 communiquant avec le conduit 3. Ce dernier est en liaison avec un réservoir d'huile non représenté.
Le piston 6 présente un épaulement central 22 sur lequel est monté un volet 23 susceptible de tourner autour d'un pivot 24 traversant axialement le fond du piston 6. Un ressort 25, monté sur le pivot 24, presse le volet 23 contre l'épaulement 22 du piston. Le volet 23 est percé d'un trou 26 de même diamètre que le trou 12, les deux trous étant en coïncidence exacte dans l'une des positions que peut prendre le volet 23 Ce dernier présente un prolonge- ment 27 en forme de fourche qui peut glisser, quand le piston 6 se déplace dans la chambre 5, dans une fente 28 (fig. 10) d'un bloc 29 solidaire d'un axe 30 susceptible de tourner dans une pièce 8 constituant le fond inférieur de la chambre 5. A l'extrémité inférieure de l'axe 30 est montée une manette de commande 31.
En faisant tourner la manette dans son plan, on fait tourner le volet 23 par rapport au fond du piston 6, par l'intermédiaire de l'axe 30, du bloc 29 et du prolongement 27 du volet coopérant avec les bords de la fente 28.
On a ainsi la possibilité de modifier la section du passage calibré constitué par les trous 12 et 260
Un bouchon 32 est fixé dans un évidement prévu dans la paroi laté- rale de la chambre 5, un joint 33 assurant l'étanchéité. Le bouchon 32 pré- sente une cavité cylindrique dans laquelle est logée une pièce cylindrique 34, solidaire d'un arbre 35, susceptible de tourner dans le bouchon 32. La pièce 34 présente une rainure 36 rectiligne disposée selon un de ses diamètres, et dans laquelle peut se déplacer sans jeu appréciable un piton 37 fixé dans la paroi latérale du piston 6.
A l'extrémité de l'arbre 35,coaxial avec la pièce 34, est fixé un levier 38 présentant une fente 39, le long de laquelle peut glisser un piton 40 qui peut être immobilisé à volonté dans une position déter- minée, par serrage sur le levier 38, au moyen d'un écrou 41. La tête du piton 40 coopère avec une pièce 42 montée sur la manette 31, cette tête étant logée, sans jeu appréciable, dans une fente 43 de la pièce 42.
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Quand on déplace la manette 31 pour faire varier la section du passage calibré 12, 26, comme on l'a vu plus haut, on produit en même temps une rotation de l'arbre 35, et on modifie ainsi l'inclinaison de la rainure 36 par rapport à une génératrice du piston 6. Quand le piston se déplace dans la chambre 5 pour prendre une nouvelle position d'équilibre.? à la suite d'une variation du cou- ple résistante pour une vitesse déterminée par la manette 31, le piton 37 du piston 6, qui est obligé de suivre la rainure 36, fait tourner le piston autour de son axe propre par rapport au volet 23, le sens de cette rotation dépendant du sens d'inclinaison de la rainure 36 (voir fig. 9).
Si cette inclinaison est telle qu'elle provoque, pour une position déterminée de la manette 31, une augmentation de la section de l'orifice calibré 12, 26, pendant la course du piston de tout à rien pour la vanne 10, le degré d'irrégularité sera augmentée et inversement.
La variation du degré d'irrégularité peut être réglée à volonté en déplaçant le piton 40 dans la fente 39 du levier 38. o On voit à la fig. 8 qu'une rotation d'un angle donné de la manette 31 produit une rotation d'autant plus grande de l'axe 35, et par conséquent de la rainure 36, que le piton 40 est fixé plus près de l'arbre 350
Quand la manette 31 est placée brusquement dans la position d'ar- rêt, qui réduit à zéro la section du passage calibré 12, 26, le piston 6'est repoussé très rapidement vers le haut dans la position de fermeture de la van- ne 10, et la pression exercée contre le piston par l'huile fournie par la pom- pe 1 pourrait s'élever dangereusement.
Pour éviter une surpression, il est prévu, dans le bâti 2, un conduit de décharge 44 disposé de manière à relier entre elles la sortie et l'entrée de la pompe 1 lorsque le piston 6 ferme entièrement la vanne 10.
Le diagramme de la fig. 3 donne les courbes (en traits mixtes) re- présentant la flèche :;:, du ressort 7 (c'est-à-dire la course du piston 6) en fonction de la vitesse de rotation du moteurpour le régulateur à degré d'ir- régularité variable décrit en référence aux fig. 8, 9 et 10:
Nous allons examiner plus en détail le fonctionnement de ce régula- teur (voir fig 11 à 16).
Lorsqu'il s'agit de régler un moteur de traction, le degré d'irré- gularité demande par le moteur à ses différents régimes dépend non seulement de l'inertie de la masse en rotation,\! mais encore des caractéristiques de débit de la vanne d'admission ou de la pompe d'alimentation lorsqu'il s'agit d'un moteur à combustion. La stabilité du régulateur au ralenti du moteur exige une vitesse de déplacement du piston régulateur très inférieure à celle conve- nant à la vitesse limite. Autrement dit, il faut que la vitesse de déplacement du piston régulateur soit toujours sensiblement proportionnelle à la vitesse du changement de régime du moteur lors d'une variation du couple résistant.
En effetg si la vitesse de réaction du régulateur est plus grande que celle du moteur, le piston régulateur dépasse la position d'équilibre cor- respondant au nouveau couple résistant, et le piston oscille autour de cette position d'équilibre suivant un mouvement pendulaire entretenu.
Jusqu'ici, on combattait ce mouvement pendulaire par des mécanismes d'asservissement et des dash-pots placés entre le régulateur et la vanne d'ad- mission. Ces moyens sont coûteux et encombrants, et s'ils permettent de résou- ' dre le réglage des moteurs à vitesse constante et charge variable, ils se com- pliquent beaucoup lorsqu'il s'agit de régler un moteur de traction.
La solution proposée ici est indépendante de tout asservissement ou mécanisme similaire, étant donné qu'elle permet, par exemple, de faire varier le degré d'irrégularité en fonction de la vitesse de régime considérée, de telle manière qu'au ralenti d'un moteur de traction, la course entière du piston ré- gulateur s'opère sur une grande différence de régime, tandis qu'à la vitesse limite maximum, la coupure de tout à rien se fait pour un écart de vitesse mi- nime.
Nous avons vu que la position de la manette 31 (actionnée par l'ac- célérateur) détermine un régime de vitesse pour une section S du passage cali- bré, et que le degré d'irrégularité donné par les caractéristiques a et b du
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ressort de rappel 7 est constant à tous les régimes lorsque cette section S ne varie pas pendant la course de réglage du piston
Par conséquent, en faisant varier la section de passage S par une rotation plus ou moins grande du piston durant sa course de réglage, en fonction de la vitesse de régime déterminée par cette section, c'est-à-dire en fonction de la position de l'accélérateur la stabilité du régulateur sera réalisée pour tous les régimes,
quelles que soient l'inertie des masses en rotation du moteur et les caractéristiques de débit de la vanne d'admission ou de la pompe à com- bustible.
En règle générale :
1) La stabilité du régulateur au ralenti du moteur exige une vitesse de déplacement du piston régulateur très inférieure à celle convenant à la vi- tesse limite. Le degré d'irrégularité doit donc diminuer du ralenti à la vi- tesse limite d'un moteur de traction.
2) Pour une section S quelconque du passage calibré, c'est-à-dire pour une vitesse de rotation déterminée par la position de l'accélérateurle degré d'irrégularité 6 est défini par l'expression
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où n1 est la vitesse de rotation de la pompe dans la position "Tout" du piston régulateur et n2 la vitesse de rotation de-la pompe dans la position "Rien" du piston régulateur.. Cette expression permet d'obtenir n2 en fonction de ni
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où le degré d'irrégularité est exprimé en % (5% = 0,05, 10% = 0,10, 20 % = 0,20, etc).
3) Nous avons vu précédemment (voir fig. 2) que pour un ressort de poussée initiale a et de raideur b, et pour une course du piston régulateur y entre deux positions limites quelconques comprises entre les positions "Tout" et "Rien", on a pour chacune des sections S possibles du passage calibré : la même pression R1 et la même vitesse d'écoulement V1 au niveau du passage calibré lorsque le régulateur est dans la position limite voisine de la position "Tout";
la même pression P2 et la même vitesse d'écoulement V2 au niveau du passage calibré lorsque le régulateur est dans la position limite voisine de la position "Rien";
Une différence de vitesse # n = n2 - n1 de la pompe entre les deux positions limites considérées.? qui correspond à un degré d'irrégularité cons- tant, quelle que soit la section S du passage calibré, c'est-à-dire quelle que soit la vitesse de régime du moteur.
Nous allons envisager, à titre d'exemple, (fig. 11 à 16) comment on détermine les caractéristiques du régulateur dans le cas d'un moteur de trac- tion à 4 temps, dont la vitesse au ralenti doit être de 400 t/min. et la vitesse limite ou maximum de 2400 t/min. Le rapport d'engrenage entre le moteur et la pompe du régulateur étant de 2 :1, (moteur à 4 temps) la pompe aura une vitesse de rotation n de 200 t/min. au ralenti et de 1200 t/mino au maximum.
On pose aussi comme condition que le degré d'irrégularité soit de 50 % au ralenti et de 5 % à la vitesse maximum, t variant linéairement avec n entre ces deux limites. Enfin, ±. reste constant et égal à 50 % quand on arrête le moteur, c'est-à-dire quand n varie de 200 t/min. à O.
On établit d'abord un diagramme (fig. 11) correspondant au diagram- me de la fig. 2 et donnant n en fonction de 12 pour différentes sections S du passage calibré et pour un degré d'irrégularité = constante = 5 %. Ces courbes, représentées en lignes mixtes, sont donc des segments de paraboles. Elles sont
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tracées entre une abscisse pi = p correspondant à la position "Tout" du régu- lateur (y = 0), et une abscisse p2 = a;by correspondant à la position !!Rien (y = y) La différence p2 - pl représente donc alssi la course totale y de l'organe d'admission 10.
En pratique,. le réglage ne se fait pas entre les po- sitions "Tout" et BoRienet, mais entre une pression pm3 supérieure à pl et cor- respondant à la position "maximum" de l'organe 10 (c'est-à-dire assurant l'ad- mission par le conduit Il), et une pression pr, inférieure à P2 et corr-espon-
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dant à la position îlralenti" de l'organe 10 (admission minimum) On a noté sur le diagramme les verticales d'abscisses pm et pr, ,ainsi que la course ym.
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de l'organe 10 correspondant à oen- plq et la course yr correspondant à pr- Pl. La course réelle de l'organe 10 permettant d'assurer le réglage est égale à la différence yr- ym.
Différentes positions de l'organe d'admission 10 sont notées sur le diagramme de la fig. 11 : Le point A correspond à la position au ralenti à vide (y = yr' p = Pr' n = 200 t/min.) le point B correspond à la position pour la vitesse limite en pleine
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charge (y = Yme p = pmg n = 1200 t/mina); le point C correspond à la position en "sur-vitesse" (y = y , p = p , N = 1260 t/mina), cette sur-vitesse étant déterminée par la formez :
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le point C définit la position de l'organe 10 et la vitesse du mo- teur à vide lorsque l'accélérateur est au maximum. Cette position est en gé- néral très voisine de celle du ralenti.
Nous l'avons confondue avec le ralenti pour ne pas compliquer le diagramme. Les points B et C correspondent donc au degré d'irrégularité E demandé en coupure à la vitesse limite,.'
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La courbe représentant n en fonction des pour le cas réel envisa- gé se confond avec la courbe en ligne mixte B-C, puisque ces deux courbes cor- respondent au même degré d'i régularité= 0,ose
Les courbes représentées en traits pleins sur le diagramme (figo 11) sont déterminées, depuis la vitesse n envisagée pour la pression Pm' par le degré d'irrégularité correspondant à cette vitesse. Le diagramme de
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la figo 12 donne ± en fonction de n.
Puisqu'on admet qu' ± varie linéairement avec % la courbe est une droite passant par le point d'ordonnée 50 % et d'abscisse 200 et par le point d'ordonnée 5 % et d'abscisse 1200.' Ce diagram- me permet de lire la valeur d'# pour toute valeur de n. Les différentes va-
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leurs d't. sont reportées sur le diagramme de la frigo 11 pour les vitesses n correspondantes.
En particulier, pour n = 200 (point D du diagramme figo 11), on
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a un degré d'a .:régu3.a ité ¯ 50 %. La courbe réelle en trait plein passant par D coupe la ligne d' abscifise pr en un point E dont l'ordonnée n2 est
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Les courbes en traits pleins sont tracées diaprés la loi de variation de S en fonction de la course du piston, qui découle de la constructiono
Pour obtenir un régulateur remplissant les conditions ci-dessus., on procède de la manière suivante :
1) On choisit selon la fig. 11 un ressort de rappel 7 dont les caractéristiques , et b donnent un degré d'irrégularité constant et égal à celui exigé pour la vitesse limite, soit = 5 % (cela pour simplifier les calculs).
La rainure 36 déterminant le degré d'irrégularité (figo 8) est alors verticale lorsque la manette 31 de l'accélérateur est dans la position de vi- tesse limitée
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2) Le ressort étant ainsi déterminé., on reporte sur le diagramme de la fig. 0 il les positions "Tout" et"Rien" du piston régulateur et les points caractéristiques A, B et C du réglage cherché-.
La coupure à pleine charge a le degré d'irrégularité demandée = 5 %. La section S du passage calibré reste donc inchangée. La sur-vitesse au point C est, comme on l'a vu, égale à 1260 t/min.
3) Le degré d'irrégularité demandé au ralentie = 50 %, détermine, comme on l'a noté plus haut, le point E du diagramme, correspondant à une vi- tesse de 333 t/min., au lieu de 210 t/mino que donnerait le ressort du régula- teur en sur-vitesse au ralenti (200 t/min.,#= 5 %), si le piston ne tournait pas autour de son axe.
4) On lit sur le diagramme fig; 11 les sections SD et SE du passa- ge calibré correspondant aux points D et E Pour plus de précision, ces sec- tions peuvent être calculées par les formules :
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les Q et les V étant respectivement les débits et les vitesses au niveau du passage calibré pour les vitesses de rotation n correspondantes.
La valeur SD représente la section du passage calibré qui donne au moteur une vitesse de 400 timing (pompe 200 t/min), pour le couple maximum à cette vitesse (admission maximum ym).
Pour que le degré d'irrégularité# = 50 % soit réalisé à cette vi- tesse, il faut que, sans modifier la position de l'accélérateur, le piston ré- gulateur occupe la position yr pour la vitesse n = 333 t/min. de la pompe lors- que le moteur est entièrement déchargé. Pour obtenir ce résultat, il faut que la section du passage calibré augmente depuis la valeur SD au fur et à mesure que le moteur est déchargé, jusqu'à la valeur SE atteinte quand le moteur tour- ne à vide. Comme nous l'avons expliqué, cette augmentation de section est réa- lisée en faisant tourner le piston par rapport au volet 23 (fig. 8) qui garde une position angulaire invariable pendant l'opération.
Il s'agit maintenant de déterminer l'angle de rotation du piston ou le pas de son mouvement hélicoïdal ou, mieux encore, l'angle e correspondant de la rainure 36.
La fig. 13 représente schématiquement les différents organes du régulateur selon figo 8 à 10, dans la position qu'ils occupent pour le point D du diagramme de la fige 11 (pleine charge, 200 t/min.,# = 50 %). La position respective du trou 12 du fond du piston 6 et du trou 26 du volet 23 est repré- sentée à grande échelle à la gauche de la figure. Les centres de ces trous sont indiqués respectivement par OD et 0, et leur distance commune à l'axe du piston par Ro Les deux trous ont un même diamètre r. Le passage calibré à la section SD (représentée par une surface hachurée)
SD/2 représente la surface d'un segment de cercle de rayon r pour une flèche f2. La surface SD étant connue (d'après le diagramme de la fig. 11), une table des circonférences permet de trouver f.
La distance 1 = 2r - 2f en- tre les centres OD et 0 est la corde du cercle de rayon R correspondant à l'an- gle [alpha] D compris entre les positions respectives des centres OD et 0 relativement à l'axe du piston 6. On a :
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qui permet d'obtenir [alpha]D.
.Les mêmes calculs pour la section SE (fige 14, correspondant au point E, vitesse 333 t/min., à vide), permettent d'obtenir 1-'angle [alpha] E.
Par conséquente le piston 6 tourne autour de son axe d'un angle # = [alpha]D -[alpha]E en passant de la position D (pleine charge à 200 t/min.) à la
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position E (marche à vide à 333 t/min.). la section du passage calibré augmen- tant de SDà SE.
Cet angle# ainsi calculé définit une corde'!! sur le cercle de rayon (fig.13) du point de contact entre le Diton 37 et la rainure 36. On a :
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L'angle e entre l'axe de la rainure 36 et l'axe du piston 6 pour le degré d'irrégularité ± = 50 % est alors donné par l'expression
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ou u = Yr - ym est la course du piston entre le point D (pleine charge, 200 t/min.) et le point E (marche à vide, 333 t/min).
En coupure, à la vitesse limite de 1200 t/mino, la rainure 36 est verticale (e = o), et la section de l'orifice calibré ne change pas du point B au point C. On a donc SB = SC (voir figo 15 correspondant au point B, et figo 16 correspondant au point C) Le degré d'irrégularité demandé (#= 5 %) est donné par le ressort de rappel 7.
Pour augmenter progressivement le degré d'irrégularité de 5 % pour 1200 t/min. à 50 % pour 200 t/min., on règle les deux positions limites du vo- let 23, indiquées par M (maximum et R (ralenti) sur les fig. 13 à 16, au moyen de butées réglables (non représentées) limitant le mouvement de la manette 31 de commande de l'accélérateur (fige, 8, 13 et 15), de manière que les positions M et R de cette manette soient symétriques par rapport à l'axe de la rainure 36 quand celle-ci est verticale.
Ces deux positions forment entre elles un angle #. La longueur active du levier 38 (figo 8, 13 et 15) est déterminée par réglage-de la position du piton 40, de manière qu'à cet angle # de la ma- nette 31 corresponde un sngle e du levier 38 et, par conséquent, de la rainure d'irrégularité 360
Les valeurs de l'angle e sont données par le diagramme de la figo 12.
Supposons que dans l'exemple choisi le calcul donne pour une valeur de 30 pour le degré d'irrégularité.6 = 50 %; à la vitesse au ralenti n = 200 t/min. (point D) On a vu que 2 varie entre cette valeur 0 (rainure 36 verti- cale) pour la vitesse limite de 1200 t/min. (# = 5 % (point B )) La courbe donnant e en fonction de n est donc une droite passant par les deux points ain- si déterminés.. On a noté en abscisses les sections S correspondant aux diffé- rentes vitesses n (voir diagramme fig. 11)
Dans le cas du réglage des moteurs à vitesse constante et charge variable, la pratique a montré qu'il était préférable pour ces moteurs de pré- voir le réglage de la section de passage S pour permettre d'obtenir exactement la vitesse de rotation n désirée.
De même, pour se libérer de tout problème d'asservissement entre le régulateur et les serve-commandes et de l'emploi des dash-pots en vue de stabiliser le réglage il convient de régler le degré d'irrégularité à la de- mande du moteur et de son régime sans même changer les caractéristiques a et b du ressort de rappel du piston 6. Pour cela, il suffit de donner au piston 6 un mouvement lounoyant au moyen de-la rainure 36, dont l'inclinaison réglable- permet de faire varier à la demande le degré d'irrégularité.
Il est à noter que
1) On règle par le volet 23 la section S du passage calibré corres- pondant à la vitesse n désirée.
2) On réglera ensuite l'inclinaison de la rainure-36 pour trouver exactement les deux vitesses n1 (Tout) et n2 (Rien) qui correspondent au degré d'irrégularité cherché.
3) Le degré d'irrégularité est défini, comme on l'a -vu, par
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4) Lorsque n2 est plus petit que n, le degré d'irrégularité est négatif, cas des alternateurs asynchrones par exemple, la vitesse en charge est alors plus grande que celle de la marche à vide.
5) Un ressort de rappel quelconque 7 donne toujours un degré d'ir- régularité positif lorsque la section S reste constante pendant toute la course du piston.
Ce degré d'irrégularité - diminue lorsque.la poussée initiale a du ressort augmente - - diminue lorsque la raideur b du ressort est plus petite.
6) En tournant l'organe 34 portant la rainure 36 dans le sens de la diminution du degré d'irrégularité, lorsque n2 - ni = 0, l'équilibre du ré- gulateur est indifférent et aucun réglage du moteur ne peut être réalisé.
En tournant davantage cet organe, n2 devient alors plus petit que ni ce qui veut dire que S2 "Rien" est plus petit que Si "Tout". Le degré d'ir- régularité est alors négatif et toutes les positions du régulateur sont de nou- veau stables.
7) Le degré d'irrégularité doit être soit positif, soit négatif mais ne peut être positif dans une partie du réglage de la course du piston 6 et négatif dans l'autre.
On remarquera que, dans les exemples décrits, le réglage s'opère, contrairement à l'usage, de "Tout" à "Rien". Lorsque le moteur est arrêté, l'alimentation est maximum. Ceci peut sembler paradoxal au premier abord mais correspond exactement aux exigences du moteur, qui, au démarrage, demande l'ad- mission massive. Des la mise en marche du moteur, l'action du régulateur in- tervient en diminuant le débit donné par la position "Tout", pour régler son régine suivant la position de l'accélérateur. Dans le cas des moteurs Diesel, la pompe du régulateur étant utilisée comme pompe d'alimentation de la pompe d'injection, aucun accident ne peut se produire. S'il se produisait une rup- ture du régulateur, le moteur s'arrêterait.
L'invention n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits, elle embrasse au contraire toutes les varianteso
REVENDICATIONS. la Régulateur hydraulique, du type comprenant une pompe volumétri- que entraînée par le moteur à régler et travaillant à circuit fermé, un piston mobile dans une chambre appartenant à ce circuit, la partie de cette chambre se trouvant d'un côté du piston étant reliée à l'entrée de la pompe, et l'au- tre à la sortie de la pompe, un passage calibré pratiqué dans une paroi de cette chambre reliant les deux parties susdites de la chambre entre elles et dimen- sionné pour produire une chute de pression du fluide dans le circuit susdit,
un ressort agissant sur le piston en sens opposé du fluide se trouvant dans la chambre et des moyens reliant le piston à un organe de commande de l'alimen- tation du moteur à régler, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour régler la section du dit passage calibré.