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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS ALTERNATIFS A FLUIDE SOUS PRESSION.
Cette invention concerne les moteurs alternatifs à fluide sous pression autres que ceux du type "uniflow", et elle est particulièrement mais non exclusivement applicable aux moteurs à air comprimé ou aux machines à va- peur à simple effet. Un but de l'invention est de procurer un dispositif de distribution pour ces moteurs qui soit simple, efficace et facile à produire et qui évite autant que possible la nécessité des presse-étoupes étanches à la vapeur.
Dans les petits moteurs à air comprimé ou les petites machines à vapeur,à mouvement alternatif, autres que ceux du type "uniflow", le dis- positif de distribution comprend habituellement soit un tiroir plat soit un piston-valve circulaire fonctionnant dans une chapelle de distribution.
Un tiroir nécessite un presse-étoupe à l'endroit où la tige du tiroir passe à travers la paroi de la chapelle de distribution, tandis qu'en outre la pression qui s'exerce sur la face externe du tiroir donne lieu à des pertes notables par frottement.
Si, d'autre part, il est fait usage d'un piston-valve, la perte résultant des fuites par les collets étroits de ces pistons-valves tend à de- venir importante et à moins qu'on ne donne à ceux-ci une course anormalement longue, la longueur du joint formé par les collets du piston-valve entre les lumières qu'ils commandent est nécessairement courte, tandis qu'en outre le piston-valve est.soumis à la pleine pression de la vapeur pendant toute la du- rée du cycle, y compris la course d'échappement, et par conséquent le temps au cours duquel des fuites de fluide sous pression peuvent se produire de la lumière d'admission à la lumière d'échappement est relativement long.
Le¯par- cours des fuites dans une telle valve est en outre une fonction linéaire, tan- dis que le volume du cylindre moteur varie suivant le cube de ses dimensions linéaires, de telle sorte que pour un moteur de dimensions proportionnelles
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données, la perte par les fuites considérée en proportion du volume du cy- lindre balayé, augmente rapidement à mesure que les dimensions du moteur de- viennent plus petites, et dans les très petits moteurs, elle tend à devenir un facteur prédominant. En outre, la forme conventionnelle du piston-valve n'est d'aucun secours en cas de primage du cylindre ou lorsque la pression dans le cylindre dépasse celle qui règne dans le conduit d'admission de fluide dans la chapelle de distribution pour toute autre raison.
Dans un moteur alternatif à fluide sous pression, suivant la pré- sente invention comportant au moins un cylindre moteur dont l'espace de travail communique avec une chambre combinée d'admission et d'échappement par un con- duit ou une lumière combinée d'admission et d'échappement, le dispositif de distribution qui commande le passage du fluide moteur allant à la chambre d' admission et d'échappement combinée et venant de celle-ci, comprend une soupa- pe d'admission du type s'appliquant sur un siège, susceptible de s'ouvrir lors- qu'elle est soulevée de son siège en surmontant l'action du fluide moteur dans le conduit.d'admission du fluide moteur et commandant une lumière d'admission à une extrémité de la chambre d'admission et d'échappement combinée,
une sou- pape d'échappement du type piston-valve fonctionnant dans un alésage qui s'ou- vre à l'autre extrémité de la chambre d'admission et d'échappement combinée de manière à ouvrir une lumière d'échappement lorsqu'il se déplace dans un sens qui l'éloigné de la soupape d'admission, et un organe actionnant une soupape d'admission, partant de l'extrémité du piston-valve et servant à soulever la soupape d'admission vers la fin de la course du piston-valve vers la soupape d'admission. De préférence, l'organe qui actionne la soupape d'admission est réglable par rapport au piston-valve dans la direction de la soupape d'admis- sion et dans la direction opposée, de façon à permettre le réglage de la pé- riode d'ouverture de cette soupape.
La forme de la soupape d'admission à siège peut varier. Par exem- ple, elle peut être constituée par un léger disque appliqué sur un siège annu- laire et convenablement guidé dans son mouvement de rapprochement et d'éloigne- ment de ce siège par des organes formés par exemple de nervures convenable- ment espacées, situées tout contre sa paroi circonférentielle.
Suivant une va- riante la soupape d'admission peut affecter la forme d'un disque ou clapet pour- vu d'une surface d'appui conique et susceptible d'être guidé convenablement pendant son mouvement de va-et-vient par rapport à son siège, par exemple au moyen d'une pièce de guidage faisant corps avec la soupape ou fixée à celle- ci et qui est située et se déplace à l'intérieur d'une partie cylindrique de la lumière d'admission sur le coté du siège opposé à celui où se trouve le conduit d'échappement du fluide moteur, la pièce de guidage ayant la forme d' un corps étroit ou une autre forme pour y permettre le libre passage du flui- de moteur.
Dans certains cas aussi, la soupape d'admission à siège peut être constituée simplement par une bille s'appliquant sur un siège conique ou un siège équivalent d'où elle est soulevée par l'organe qui actionne la soupape d'admission.
En tout cas, dans une disposition suivant l'invention, la. soupape d'admission est d'un type simple et de fabrication peu coûteuse, ne dépend pas d'un ajustement à frottement doux et peut maintenir,' lorsqu'elle est fermée, un joint étanche aux fluides, sans nécessiter d'entretien et pendant de longues périodes d'utilisation. En outre, non seulement le piston-valve sert à soule- ver la soupape d'admission pendant les périodes désirées, mais il n'est lui-mê- me soumis à la pleine pression du fluide moteur que pendant la période d'admis- sion par la soupape d'admission, c'est-à-dire pendant, par exemple, 20% environ du cycle complet et donc à un moment où la longueur du joint établi entre 1' extrémité du piston-valve et la lumière d'échappement par le collet du piston- valve est à son maximum au à peu près à son maximum.
Ainsi, d'un bout à l'autre de la course de détente suivant la fermeture de la soupape d'admission et sur la totalité de la course d'échappement, la chambre combinée d'admission et d' échappement est isolée hermétiquement du conduit de refoulement du fluide moteur 'par la soupape d'admission fermée et le piston-valve n'est soumis qu'à la pres-
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sion qui règne à l'intérieur du cylindre, laquelle est pendant toute la durée de la course d'échappement, soit égale approximativement à la pression atmosphérique soit inférieure à celle-ci s'il est fait usage d'un condenseur.
Dans les constructions conformes à l'invention, la soupape d'ad- mission peut être établie de manière à être maintenue sur son siège pendant ses périodes de fermeture par la pression du fluide moteur uniquement ou par cette pression du fluide secondée par un léger ressort, et dans chaque cas, el- le agira comme une soupape de purge automatique s'il se produit du primage dans le cylindre moteur ou si la pression dans ce dernier dépasse celle du fluide moteur pour toute autre raison.
L'invention peut être réalisée en pratique de diverses manières; une forme d'exécution d'un moteur suivant l'invention est représentée, à titre d'exemple, en même temps que deux de ses variantes sur les dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une coupe verticale du moteur suivant un.plan verti- cal contenant l'axe du vilebrequin, et
Figs. 2 et 3 sont des coupes transversales suivant des plans sem- blables à celui de la Fig. 1 montrant des formes d'exécution différentes du dispositif de distribution suivant l'invention.
Dans la forme de construction représentée sur les dessins, le mo- teur comprend un carter à manivelle A sur lequel est monté un bloc cylindre mou- lé B contenant un alésage Bl de cylindre moteur, dont l'extrémité extérieure est fermée à l'exception d'un conduit d'admission et d'échappement combiné B raccordé à une chambre d'admission et d'échappement combinée B3 ménagée dans le même bloc que le cylindre.
Dans des paliers portés par le carter A est mon- té un vilebrequin comprenant un arbre C supporté en deux points de sa longueur par des roulements à billes appropriés Cl, C2 et présentant à une extrémité un bras de manivelle unique C3 sur la face extérieure duquel s'élève un ma- neton C4 qu'entoure le coussinet D de la tête d'une bielle Dl au moyen de la- quelle il est accouplé à un piston E animé d'un mouvement alternatif à l'inté- rieur de l'alésage B1 du cylindre moteur, l'extrémité de l'arbre C opposée à celle où se trouve le maneton passant dans une boite à bourrage C5 du carter de manivelle et portant un volant C6.
L'arbre vilebrequin C s'étend à partir du bras de manivelle C3 dans le même sens que le conduit combiné d'admission et d'échappement B2 par- tant de la chambre de travail B4 du cylindre, de telle sorte qu'une-partie de l'arbre vilebrequin se trouve immédiatement au-dessous de la chambre d'admis- sion et d'échappement combinée B3.
Dans le bloc cylindre, immédiatement au-dessus de la chambre d' admission et d'échappement combinée B3 se trouve une chambre d'admission E à laquelle est raccordé un conduit d'amenée de vapeur E1 également formé dans le bloc cylindre B, tandis qu'une chambre d'échappement F, formée dans le bloc cylindre Immédiatement au-dessous de la chambre d'admission et d'échappement combinée, est reliée à une lumière d'échappement F1 ménagée dans le bloc cy- lindre.
Un manchon tubulaire G s'étend verticalement dans le bloc cylindre B de manière à traverser la chambre d'admission En la chambre d'admission et d' échappement combinée B3 et la chambre d'échappement F, et son extrémité-supé- rieure, située à l'intérieur de la chambre d'admission E, est convenablement élargie de manière à présenter un diamètre externe et un diamètre interne plus grands et est filetée extérieurement, comme c'est représenté en G1 pour venir en prise avec un alésage taraudé de plus grand diamètre ménagé dans le bloc cylindre, et maintient ainsi le manchon entier en place,
cet alésage taraudé étant fermé à son extrémité extérieure par un chapeau d'extrémité approprié G20 Des lumières G3 sont formées dans la paroi de l'extrémité supérieure élar- gie Gl du manchon G de façon à permettre à la vapeur de passer de la chambre d'admission E dans l'espace intérieur G4 de cette extrémité supérieure élar- gie, tandis qu'à la base de l'alésage de cette extrémité élargie est aménagé un siège annulaire G5 sur lequel repose normalement une soupape d'admission en forme de disque H maintenu en place par un léger ressort de compression à
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boudin H1 s'étendant entre sa face supérieure et le chapeau d'extrémité G, de telle sorte que cette soupape à disque empêche normalement l'entrée de la vapeur à l'intérieur de la partie de petit diamètre du manchon G.
Des lumières d'admission et d'échappement combinées G6 formées dans la paroi de la partie de petit diamètre du manchon, communiquent avec lé conduit d'admission et d'échappement combiné B2, tandis que des lumières d'é- chappement G7 communiquent avec la chambre d'échappement F.
Un piston-valve J, monté de façon à pouvoir se déplacer en mouve- ment alternatif dans la partie de petit diamètre du manchon, constitue une valve d'échappement dont la face supérieure J1 est située entre les lumières d'admission et d'échappement combinées G6 et les lumières d'échappement G7, lorsque le piston-valve J occupe la position de fermeture, de manière à couper la communication entre le conduit d'admission et d'échappement combiné B et la chambre d'échappement F, tandis que lorsque le piston-valve J occupe la position d'ouverture,
sa face supérieure Jl se trouve au-dessous du niveau des bords supérieurs des lumières d'échappement G7 et permet ainsi au conduit d'admission et d'échappement combiné B2 de communiquer librement avec la cham- bre d'échappement F par la partie du manchon G située entre les lumières d'ad- mission et d'échappement combinées G6 et les lumières d'échappement G7.
Une pièce de commande de la soupape d'admission ayant la forme d' une vis K vissée dans un alésage taraudé de la partie d'extrémité supérieure du piston-valve J et faisant saillie vers le haut, est pourvue d'un écran d' arrêt de telle sorte que la quantité dont elle s'élève au-dessus de la face J du piston-valve J peut être réglée, tandis que l'extrémité inférieure de ce dernier présente un disque ou un patin J2 dont la face inférieure repose.. sur un excentrique L monté sur l'arbre vilebrequin, un roulement à billes L étant intercalé entre l'excentrique et la face du patin,, si on le désire. Un ressort de compression à boudin M s'étend entre la face supérieure du patin J2 et une surface de butée du bloc cylindre D pour maintenir le patin tou- jours en contact avec le roulement à billes excentrique L1.
La disposition est telle qu'approximativement au sommet de chaque course du piston moteur E, l'organe de commande de la soupape d'admission K attaque et soulève la soupape d'admission H et la maintient soulevée pendant 80 par exemple de la rotation de l'arbre vilebrequin et lui permet alors de se fermer. Le piston-valve J continue alors à descendre et vers la fin de la course descendante du piston moteur E il découvre les lumières d'échappement G7 du manchon G.
Le piston-valve J continue ensuite à descendre pendant une nouvelle période pendant que le piston moteur commence son mouvement ascendant, soit sur une amplitude de 40 à 45 de la rotation de l'arbre vilebrequin, puis il s'élève conjointement avec le piston-moteur de manière à fermer les lumières d'échappement G7 vers la fin de la course d'échappemento Le piston- valve J et le piston moteur E s'élèvent alors ensemble de telle sorte que la vapeur qui reste dans le cylindre moteur est comprimée, la disposition étant telle, par exemple, que cette compression élève la pression de la vapeur dans la chambre de travail B4 à une pression approximativement égale à celle qui règne dans le conduit de refoulement de la vapeur E1,
en produisant ainsi ap- proximativement l'équilibre des pressions sur la soupape d'admission H au mo- ment de sa prochaine ouverture.
La levée maximum de la soupape d'admission H se produit donc à un moment où le piston moteur a descendu, au cours de sa course motrice, d'une quantité correspondant à un angle d'environ 40 de la manivelle.
Pendant une partie de son mouvement descendant, le piston-valve J est soumis à une pression motrice, de telle sorte qu'il agit dans une cer- taine mesure comme un piston subsidiaire.
Il est désirable que la levée de la soupape d'admission H soit faible, car pour la coupure de l'admission avec assez bien d'avance, qui est habituellement désirée., la levée de-la soupape d'admission H ne représente qu'une très faible proportion de la course totale du piston-valve J, tandis
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qu'une levée trop grande pourrait donner lieu à une course anormalement lon- gue du piston-valve J. En outre, la soupape d'admission H reviendra sur son siège à une vitesse qui dépend de la grandeur de sa levée et il est désira- ble en vue de réduire au minimum l'effet du choc, de maintenir à la fois la le- vée et le poids de la valve aussi faibles que possible dans ce but.
Néanmoins, comme dans le cas dune réduction des dimensions d'un moteur de proportions relatives données, la vitesse de la soupape d'admission et son poids sont tous deux réduits par rapport à l'aire de son siège, l'em- ploi même dune soupape à bille comme soupape d'admission peut être toléré dans de très petits moteurs, tandis que dans d'autres cas on peut utiliser une soupape a siège conique.
Ainsi, dans la variante de l'invention représentée sur la Fig.
2,où le moteur peut sous tous les autres rapports être semblable à celui re- présenté sur la Fig. 1, un simple alésage cylindrique N est formé dans le bloc cylindre pour recevoir le piston-valve d'échappement et s'étend d'une chambre de soupape d'admission coaxiale N1 à siège conique N2 , dans laquelle s'ouvre l'extrémité supérieure de l'alésage, en travers du conduit d'admission et d' échappement combiné et en travers de l'extrémité d'une lumière d'échappement F1, une soupape à bille 0 étant disposée dans la chambre de la soupape d'admission pour s'appliquer sur le siège conique N ,
tandis que le piston-valve d'é- chappement J se trouve à l'intérieur de la partie de l'alésage au-dessous du conduit d'admission et d'échappement combiné B2 et porte la vis réglable ou autre organe de commande de la soupape d'admission K, qui attaque donc unique- ment la soupape à bille 0 et la soulève de son siège pendant chaque période d'admission.
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