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.MECANISME DE COMMANDE DU.CHANGEMENT DE MARCHE ET DE L'AVANCE POUR MOTEURS A
INJECTION DE COMBUSTIBLE.
La présente invention se rapporte à des mécanismes de chan- gement de marche pour moteurs du type à injection de combustible, tels que les moteurs Diesel, et elle se rapporte au réglage de l'injection de com- bustible, à la fois pour la marche avant et pour la marche arrière, de tel- le sorte que, dans chaque sens de marche, on puisse obtenir une avance va- riable. Le réglage de l'avance peut être effectué à la main, mais dans la forme de réalisation préférée, l'avance est commandée par.un régulateur sen- sible à la vitesse, soumis à l'influence de la vitesse du moteur, de telle, sorte que l'avance corresponde à la vitesse du moteur.
On estime que la présente invention trouve sa plus grande utilité dans des moteurs où l'injection de combustible est du type mécani- que ou direct mais elle n'est pas nécessairement limitée à ces domaines.
Dans la forme de réalisation préférée, le contrôle de la vitesse du moteur peut être effectué par le moyen connu consistant à char- ger d'une façon variable un régulateur sensible à la vitesse, qui contrôle la quantité de combustible injectée. Dans un tel cas, le contrôle du ré- glage de l'injection ou de l'avance peut être effectué par un régulateur sé- paré et distinct,'qui n'est pas soumis à une charge variable.
Dans la demande de brevet de George E. Ramstad, déposée aux Etats-Unis, le 27 février 1939, sous le ? Série 258.777, le brevet ayant été accordé, le 3 juin 1941, sous le N 2.243.883, au cessionnaire du déposant, on a décrit un mécanisme de changement de marche, appliqué à . un moteur à quatre temps.
Ce mécanisme commande non seulement le renverse- ment de marche du mécanisme de la pompe d'injection et.des soupapes d'ad- mission et d'échappement mais aussi le renversement de marche du mécanisme de démarrage à airn Les commandes sont disposées de façon telle et sont
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munies de verrouillage tels qu'un simple organe de contrôle puisse être déplacé d'une position neutre ou position d'arrêt,,dans deux sens opposés, correspondant aux sens de rotation opposés du vilebrequin du moteur. Par conséquent, il existe une gamme de mouvements vers l'avant et une gamme de mouvements vers l'arrière de l'organe de contrôle, gammes se rencontrant à la position d'arrêt. Chacune de ces gammes est diviée en trois sous-gammes.
Prises dans l'ordre, à partir de la position d'arrêt, chaque première sous- gamme est celle dans laquelle a lieu le changement de marche. La seconde sous-gamme est une gamme de démarrage à air dans laquelle le moteur est mis en marche par de l'air comprimé, contrôlé par les soupapes de mise en mar- che à air. La troisième sous-gamme est la gamme de commande d'admission de combustible,par laquelle l'alimentation en combustible est contrôlée, l'alimentation en combustible augmentant avec l'éloignement de l'organe de contrôle de la position d'arrêt.
Afin de développer pleinement les caractéristiques de la présente invention et d'indiquer ses possibilités d'adaptation à des mé- canismes de commande comportant de très nombreux organes, elle sera décri- te comme mise en oeuvre avec un mécanisme régulateur du type Ramstad. Tou- tefois,les caractéristiques nouvelles de la présente invention se rappor- tent en premier lieu à un contrôle de l'avance et seront discutées en par- tant de ce point.
La présente invention prévoit un dispositif d'injection réglable, le réglage pouvant être effectué par un régulateur ou manuelle- ment, ou bien par tout type de commande connu dans la pratique. Le méca- nisme est destiné particulièrement à des moteurs à deux temps du type à in- jection directe, parce qu'il est bien adapté pour résister aux réactions de couple produites dans de tels moteurs.
L'invention prévoit le décalage angulaire de l'arbre à ca- mes pour le combustible d'un moteur Diesel à deux temps par rapport au vi- lebrequin, de telle manière qu'une seule série de cames pour le combustible puisse servir alternativement pour la marche avant et pour la marche ar- rière.
Le réglage de la position de l'arbre à cames pour le com- bustible, par rapport au vilebrequin du moteur, est réalisé 'au moyen d'une crémaillère qui met en rotation une roue dentée, associée à un train d'en- grenages planétaires faisant partie de la commande d'entraînement à l'ar- bre à cames. Un moteur de renversement de marche déplace la crémaillère, d'une course complète, entre une position de marche avant et une position de marche arrière. La roue d'engrenage citée plus haut est en engagement avec le train planétaire de façon telle qu'elle soit en mesure de limiter le jeu. Ainsi, le mouvement de course complète du moteur de renversement pousse un des composants du train planétaire près d'une position limite, vers laquelle il est ensuite déplacé et dans laquelle il est retenu par un dispositif d'arrêt.
Il est en outre retenu par la force de réaction de l'ar- bre à cames, lorsque le moteur est en marche. Deux formes de réalisation de cette conception de l'invention sont représentées.
La liaison avec jeu fournit la gamme voulue pour le régla- ge de l'avance, réglage qui est effectué par deux cames de réaction. Lors- que le réglage doit être réalisé suivant la vitesse de rotation du moteur, les cames sont réglées par un servo-moteur, sous le contrôle d'un régulateur qui est sous l'influence de la vitesse du moteur. Dans toutes les formes de réalisation,les cames absorbent les forces développées par l'entraînement de l'arbre à cames et déchargent ainsi le moteur de renversement de l'effort d'entraînement de l'arbre à cames.
Le servo-moteur décharge simplement le régulateur, de telle
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sorte que les cames sont mises en place, avec précision, suivant les indi- cations du régulateur.
Lorsqu'un régulateur centrifuge est utilisé, et étant donné qu'un tel régulateur ne dépend pas de son sens de rotation, les cames de réaction sont indépendantes du sens de rotation du régulateur. Les cames entrent en action sélectivement, suivant le sens de rotation du moteur, mais elles sont ajustées simultanément et dans le même sens. Le contrôle de l'avance est ainsi tout à fait indépendant du sens de rotation et de- vient effectif sous l'action de l'une ou de l'autre des cames, suivant la position du moteur de renversement et du composant du train planétaire dé- pla.cé par ce fait.
Il existe un verrouillage, entre le moteur de renversement et l'arbre de manoeuvre, qui empêche le déplacement de l'arbre de manoeuvre au delà de la gamme de renversement de marche, jusqu'à ce-que le déplacement de renversement soit achevé. Aussitôt que le renversement de marche est effectué, l'opérateur est libre de placer le mécanisme de manoeuvre dans la gamme de démarrage à air.
La présente invention peut être mise en oeuvre suivant des formes spécifiquement différentes, et trois formes de réalisation seront dé- crites avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un schéma en perspective du mécanisme uti- lisé pour changer la position de l'arbre à cames, par rapport au vilebre- quin, pour la marche avant et pour la marche arrière, et du mécanisme de commande de l'avance de l'injection du combustible.
La figure 2 est un schéma en perspective du mécanisme de manoeuvre qui commande non seulement le moteur de renversement montré à la figure 1 mais aussi le mécanisme de démarrage à air et le mécanisme de char- ge du régulateur de vitesse ou d'un dispositif équivalent de contrôle de la vitesse.
Lorsque les figures 1 et 2 sont mises côte à côte, la fi- gure 1 se trouvant à la gauche, on obtient un schéma du mécanisme de manoeu- vre. D'une façon générale, la figure 1 se rapporta l'objet de la présente invention, et la figure 2 se rapporte à une adaptation du mécanisme de ma- noeuvre Ramstad combiné pour s'adapter aux principes de la présente inven- tion.
La figure 3 est une élévation en coupe, représentant la construction réelle du dispositif et indiquant la relation existant entre le régulateur centrifuge et son servo-moteur et le mécanisme de renverse- ment et de contrôle de l'avance. Le plan de la. coupe est indiqué par la ligne 3 - 3 de la figure 4.
La figure 4 est une vue en plan du mécanisme représenté à la figure 3. Des parties sont enlevées pour rendre visibles certains élé- ments.
La figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figu- re 4'
La figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figu- re 4.
La figure 7 est un schéma représentant le train d'engrena- ges reliant le vilebrequin à l'engrenage annulaire faisant partie du train planétaire à l'aide duquel l'arbre à cames est entraîné.
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La figure 8 est une vue en plan quelque peu analogue à cel- le de la figure 4, représentant un arrangement modifié.
La figure 9 est une vue, en partie en coupe et en partie en élévation, représentant la structure montrée à la figure 8.
La figure 10 est une vue analogue à celle de la figure 3, montrant des dispositifs actionnés manuellement pour le réglage des cames de contrôle de l'avance.
Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 7, on voit que le vilebrequin du moteur est désigné par le chiffre de référence 11, une ma- nivelle par 12, une bielle par 13 et un piston par 14. L'invention peut être appliquée à des moteurs présentant des cylindres en nombre variable et aucune illustration du moteur complet n'est nécessaire.
Sur le vilebrequin 11 est montée une roue d'engrenage 15, qui entraîne une roue folle d'engrenage 16, fixée à un pignon plus petit 17. Ce dernier est en prise avec une roue d'engrenage annulaire 18, le diamètre primitif du pignon 17 étant la moitié de celui de la roue d'en- grenage 18 (voir les figures 1, 3 et 4). La roue d'engrenage annulaire 18 tourne donc dans le même sens que le vilebrequin à la moitié de sa vites- se angulaire.
L'arbre à cames 19 est coaxial avec l'engrenage annulaire 18 et porte les cames de combustible 21 qui actionnent les pistons plon- geurs d'injection de combustible 22. Ces pistons plongeurs actionnent des pompes d'injection de combustible ou des dispositifs équivalents non repré- sentés, Ces pompes peuvent avoir toute forme désirée et l'on trouve une came, un piston plongeur et une pompe pour chaque cylindre du moteur. La postion angulaire des cames sur l'arbre à cames correspond à la position angulaire des manivelles sur l'arbre à cames suivant le principe établi.
Pour simplifier les dessins, on n'a indiqué qu'une came et qu'un piston plongeur. Puisque les cames 21 doivent fonctionner dans les deux sens de rotation, elles sont symétriques par rapport à une ligne (par exemple le diamètre de l'arbre passant par le nez de la came).
L'une des fonctions du mécanisme de renversement de marche est de modifier la position angulaire de l'arbre à cames 19 par rapport au vilebrequin 11, pour établir le réglage de base de l'injection de combus- tible, pour des sens de rotation opposés. Le réglage "marche avant" est indiqué à la figure 1. Ce changement est effectué en faisant tourner l'ar- bre 23 en alignement avec l'arbre à cames 19 d'une quantité égale.
Les extrémités voisines des arbres en alignement 19 et 23 portent des pignons solaires coniques opposés 24 et 25. La roue dentée annulaire 18 est supportée par un carter 26, monté à rotation sur l'arbre 23, et par un disque 27, tournant sur l'arbre 19. Ces éléments contien- nent les pignons solaires 24 et 25 et également une série annulaire de pi- gnons planétaires coniques 28, qui tournent sur des tourillons radiaux 29 faisant saillie du carter 26. Les pignons planétaires sont en prise avec les deux pignons solaires.
L'arbre 23-est normalement empêché de tourner de sorte que le pignon solaire 24 est fixe. Il en résulte que les pignons planétaires 28, lorsqu'ils sont mis en rotation par la roue dentée annulaire 18, font tourner le pignon solaire 25 à une vitesse double de la vitesse annulaire de la roue dentée annulaire 18, c'est-à-dire à la vitesse du vilebrequin.
Ainsi,l'arbre à cames 19 tourne à la vitesse appropriée pour un cycle à deux temps. Dans la forme de réalisation représentée, l'arbre à came et le vilebrequin tournent dans le même sens.
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Sur l'arbre 23 est fixé un bras 31, avec un sabot de con- tact oscillant 32. Le déplacement de renversement de marche de l'arbre 23 est limité par le contact du sabot 32 avec l'une ou l'autre des cames de commande d'avance 33 et 34. Celles-ci ont un contour en forme de spirale approximativement semblable et sont montées à rotation sur des tourillons 35 et 36, de façon à pouvoir être ajustées angulairement par des crémail- lères 37 et 38 sur la traverse 39,dont la construction est indiquée clai- rement à la figure 3. Les crémaillères sont en prise avec des secteurs dentés faisant partie des cames, de telle sorte que le déplacement d'une crémaillère déplace à la fois les deux cames 33 et 34, d'une longueur éga- le et dans le même sens.
La poussée due à 1'entraînement du vilebrequin fait avancer le bras 31 en direction de la came active et le réglage de la came détermine l'avance, comme il sera expliqué plus loin.
La traverse 39 est raccordée au piston 41 d'un servo-moteur comportant un cylindre 42 et est commandé par ce piston et celui-ci se dé- place selon les indications d'un régulateur 43 sensible à la vitesse, in- diqué nettement aux figures 3 et 4.
Le régulateur 43 est actionné à partir du pignon fou 16, par l'intermédiaire du pignon 44, des roues d'engrenage perpendiculaires 45 et de l'arbre 46. Le mouvement du bras 47 dépend de la vitesse du mo- teur; il s'abaisse lorsque la vitesse augmente.et, comme le montre claire- ment la figure 3, il est raccordé par un système d'articulation connu, au piston 41 et à la soupape de distribution 48. qui est un piston valve du typé à admission par l'extrémité et échappement par le milieu commandant l'admission et l'échappement du fluide sous pression hydraulique vers et des chambres de travail,aux deux extrémités du cylindre 42.
Comme on le voit ici; le piston 41 se déplace dans des positions correspondant aux di- verses positions du bras de régulateur 47 sans imposer au bras 47 l'effort de déplacer le piston 41, les crémaillères 37 et 38 et les cames 33 et 34.
Le piston 41 se déplace vers la droite (fig. 3) sous l'influence d'une aug-. mentation de la vitesse, faisant tourner les cames 33 et 34 dans le sens contraire à celui du mouvement des aiguilles d'une montre.
La came 33 commande l'avance lorsque le moteur tourne en avant (voir la fig. 1) et la came 34 commande l'avance lorsque le moteur tourne en arrière, et chaque came augmente l'avance sous l'influence d'une augmenta.tion de vitesse dans le sens de rotation correspondant. Le bras 31 est déplacé en direction de la came appropriée, par la. force de réaction développée par l'entraînement de l'arbre à cames. Puisque les cames peuvent avoir des dimensions suffisantes pour résister aux efforts et à l'usure qui en résulte, une résistance adéquate et une précision pro- longée sont a.ssurées.
Le déplacement fondamental par lequel l'arbre 23 et, par conséquent, l'arbre à cames 19 occupent la position destinée à la marche avant ou à la marche arrière est réalisé par la rotation d'un pignon 51 qui est monté à rotation sur l'arbre 23, et qui est relié par un accouple- ment denté avec jeu 52, au moyeu du bras 31. Le jeu est suffisant ou un peu plus que suffisant pour permettre le réglage de l'avance, et la rota- tion angulaire du pignon 51 est insuffisante d'approximativement la mesure du jeu de l'accouplement denté 52, pour faire tourner l'arbre 23 de la va- leur de sa rotation complète.
Le pivotement complet de l'arbre 23 pour amener le sabot 32 en contact avec l'une ou l'autre des cames 33 et 34 dans leur position d'avance minimum est assuré par la came 53 placée sur l'arbre 23 et le pis- ton plongeur à ressort 54, qui coopère avec la came 53 et qui sert de ver- rouillage indirect ou de dispositif de déviation dans la gamme finale de
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mouvements de l'arbre 23, pour chaque sens (figure 6). Près de chaque li- mite de mouvement de l'arbre 23, le dispositif de déviation devient effi- cace et fait avancer l'arbre 23 pour appliquer le sabot 32 contre les cames de commande d'avance 33 et 34. 'Ceci rend le jeu en 52 utilisable pour les réglages de l'avance. Le piston plongeur 54 est enfermé dans un carter 50.
Le pignon 51 tourne selon la gamme citée plus haut, à l'ai- de d'une crémaillère à mouvement alternatif (figures 1, 4 et 5). Comme l'in- dique la figure 5, un piston plongeur 56, sous l'influence d'un ressort, coopère avec l'une ou l'autre des deux encoches de détente 57 sur l'arriè- re de la crémaillère et sert de détente indirecte pour maintenir la cré- maillère dans chaque position terminale. La structure de guidage 60 de la crémaillère est représentée clairement à la figure 5 et ne doit pas être décrite en détail.
Deux cylindres alignés 58 et 59, à double action, contien- nent des pistons 61 et 62, raccordés, par une tige de piston 63, à l'ex- trémité supérieure de la crémaillère 55. Le cylindre 58 est un cylindre moteur et le cylindre 59 est, comme il est normal, un cylindre de contrôle rempli d'huile. Lorsque la valve à quatre voies 64 et le robinet 65 occu- pent la position normale, comme le montre la figure 1, la soupape à aiguil- le 66 contrôle la mesure du déplacement en réglant l'écoulement de l'huile.
La fermeture du robinet 65 et la mise dans la position appropriée de la valve 64 raccordent la pompe à huile à commande manuelle 67, pour faire monter ou faire descendre à volonté les pistons 62, en réglant l'avance ou en procédant à d'autres réglages, lorsque le moteur est arrêté. Le rac- cordement 68 est en liaison avec le système de lubrification sous pression du moteur et sert à garder le cylindre 59 sous pression d'huile dans les conditions de marche.
Le mécanisme de renversement de marche et de réglage de l'avance décrit plus haut renferme les caractéristiques principales de la présente invention. Des caractéristiques accessoires se rapportant à l'adap- tation de ce mécanisme de renversement de marche à un mécanisme de manoeu- vre Ramstad seront maintenant décrites.
L'arbre 71 est l'arbre de manoeuvre et dans la forme de réalisation représentée, il tourne de 270 environ, entre ses positions de marche avant, en pleine vitesse, et de marche arrière, en pleine vitesse.
A la figure 2, l'arbre 71 occupe sa position neutre ou position d'arrêt, qui se trouve à mi-chemin entre les deux positions qui viennent d'être ci- tées. L'arbre 71 tourne par l'intermédiaire du pignon 72 et le secteur denté 73, à l'aide d'un levier 74 fixé sur l'arbre 75, qui porte également le secteur 73.
L'arbre de manoeuvre 71 porte trois mécanismes qui entrent en action au cours de trois sous-gammes successives qui, ensemble, consti- tuent la gamme de mouvement totale dans chaque sens de rotation à partir de la position neutre représentée.
Le premier des trois mécanismes portés par l'arbre 71 est le manchon 76, qui est claveté sur l'arbre 71 de sorte qu'il tourne avec l'arbre et qu'il peut être déplace axialement, par rapport à cet arbre; le déplacement axial est limité par un verrouillage qui empêche le déplacement au delà de la sous-gamme de sens opposé jusqu'à ce que le mouvement du mé- canisme de renversement de marche ait réellement eu lieu.
Le manchon 76 porte des cames qui commandent sélectivement des soupapes d'admission et d'échappement aux extrémités opposées du cylin- dre 58. Un raccord 77 aboutit à l'extrémité supérieure du cylindre 58 et contient une soupape de contrôle à orifices 78, qui empêche l'écoulement en
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direction du cylindre mais qui s'ouvre pour permettre l'écoulement en pro- venance du cylindre. Le raccord 79 conduit vers l'extrémité inférieure du cylindre et contient une soupape de réglage analogue 81,.remplissant un rô- le analogue.
Le raccord 77 aboutit à un carter de soupape "marche avant" 82 et le raccord 79 aboutit à un carter de soupape "marche arrière" 83.
Les mécanismes dans les carters 82 et 83 sont identiques et la description du mécanisme contenu dans le carter 82 sera suffisante. Au sommet du car- ter se trouve une chambre d'alimentation 84, dans laquelle aboutit la con- duite d'air comprimé 85. La pression de l'air comprimé et le ressort hé- licoïdal de compression 86 font descendre la soupape d'admission 87, en for- me de champignon, de telle sorte que la, conduite 77 qui aboutit ä la chambre située au-dessous de la soupape en forme de champignon 87 n'est plus alimen- tée.
Cette chambre est, à ce moment, en communication avec l'atmosphère, par l'intermédiaire de l'axe-guide de la soupape 87, vers la chambre d'échap- pement 88. Lorsque la tige 89 est levée, la conduite d'échappement est fer- mée par une tête de soupape 90 de l'extrémité inférieure de l'axe-guide et la conduite d'alimentation 85 est raccordée à la conduite 77 de sorte que le piston est poussé vers le bas, dans la position "marche avant" comme le montre la figure 1. La tige 91, associée au carter 83, joue.le même rôle que la tige 89, c'est-à-dire que, lorsque la. tige 91 est levée, la condui- te 79 est coupée de l'atmosphère et est raccordée à la conduite d'alimen- tation 85, de-telle sorte que le piston 61 soit poussé complètement vers le haut, vers la position "marche arrière".
On constatera que, dans la position'neutre représentée à la figure 1, les deux extrémités du cylindre 58 sont en contact avec l'at- mosphère, de sorte que le piston 61 et la crémaillère 55 y raccordée sont alors simplement retenus par le piston plongeur de détente 56 (voir la fig. 5). Cela peut se faire étant donné qu'aucun effort de travail n'est transmis à la crémaillère 55 par la marche du moteur.
Lorsque les éléments occupent la position représentée aux figures 1 et 2, la came de marche arrière 92 sur le manchon 76 est en po- sition pour soulever la tige 91, si l'arbre 71 est tourné dans le sens mar- che arrière, c'est-à-dire dans le sens contraire à celui du mouvement des aiguilles d'une montre, comme on le voit à la fig. 2. La rotation de l'ar- bre dans le sens opposé à celui du mouvement des aiguilles d'une montre fait lever la. tige jusqu'à ce qu'elle vienne en contact avec l'épaulement de verrouillage 93 sur la. came. Celui-ci limite la rotation de l'arbre de manoeuvre 71 dans le sens opposé à celui du mouvement des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que le manchon 76 soit déplacé axialement en s'écartant de l'observateur, comme on le voit à la figure 2.
Ce déplacement a lieu lorsque le mouvement ascendant du piston 61 et de la crémaillère 55 est achevé. Pour effectuer le déplace- ment, la crémaillère porte un prolongement 94 dont l'extrémité inférieure porte une came en biais 95 et dont l'extrémité supérieure porte une came en biais 96. Aux limites du mouvement de la crémaillère, ces cames dépla- cent un rouleau 97, porté par le bras 98, le bras étant supporté à pivote- ment par l'arbre 99. Une détente 100 retient indirectement le bras 98 dans chaque position limite.
Le bras 98 est relié, par l'intermédiaire de la biellette 101, du bras 102, de l'arbre pivotant 103, du bras 104, de la biellette 105 et du bras 106, à l'étrier pivotant 107, qui est fixé à un manchon 108 tour- nant sur le manchon claveté 76.
Si l'on se rappelle que le soulèvement de la tige 91 provo-
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que le soulèvement de la crémaillère 55, on observera que la came 95 dé- place le rouleau 97 et, par l'intermédiaire de la liaison décrite, écarte le manchon 76 de l'observateur, de telle sorte que l'épaulement 93 passe à côté de la. tige 91 au moment précis ou la crémaillère 91 atteint la limite supérieure de son mouvement. Ceci libère l'arbre de manoeuvre 71, de sor- te qu'il puisse être avancé dans la gamme de démarrage à air. Il ne peut pas être déplacé dans cette gamme,¯avant que la crémaillère ait achevé son déplacement de renversement de marche.
Le déplacement axial met en place une seconde came 109, avec un épaulement de verrouillage 111, destinée à actionner la tige 89, lorsque l'arbre 71 est tourné dans le sens dù mouvement des aiguilles d'une montre. Lorsque la came 109 occupe la position active, le même pro- cessus de verrouillage a lieu pour celle-ci mais dans le sens opposé.
Ainsi, le premier effet du déplacement axial de l'arbre 71 de la position d'arrêt ou neutre dans l'un ou l'autre sens sera de produire un mouvement de renversement complet de la crémaillère 55, à moins que la crémaillère ne soit déjà dans la position convenable pour le sens de déplacement choi- si. Si tel est le cas, le déplacement dans la gamme de démarrage à air n'est plus empêché.
On doit observer que la partie de l'arbre 103 indiquée à la figure 1 n'est pas en alignement avec la partie de l'arbre 103 repré- sentée à la figure 2, bien qu'elles soient des parties d'un seul arbre. Il était nécessaire de les décaler pour disposer les figures dans l'espace disponible et employer une échelle satisfaisante.
Dans la seconde sous-gamme ou sous-gamme du démarrage à air, le mécanisme de démarrage à air entre en action et est mis en marche par le mécanisme à came pivotante porté par l'étrier 112 sur l'arbre 71.
Pour comprendre le fonctionnement de ce mécanisme, il est nécessaire de décrire un mécanisme de démarrage à air qui soit connu dans cette technique mais qui soit l'un de ceux qui peuvent avantageusement s'adapter à ce mécanisme de manoeuvre. L'enveloppe 113 est le carter d'un type connu de dispositif à soupape d'admission d'air, monté dans la tête du cylindre du moteur. La soupape en forme de champignon 114 est la sou- pape d'admission d'air proprement dite et elle est poussée dans la posi- tion de fermeture par un ressort hélicoidal 115. La chambre d'admission d'air 116 est pratiquée dans le carter 115, entre la soupape en forme de champignon 114 et un piston 117, de surface approximativement égale, monté dans la tige de soupape. Par conséquent, la pression d'air dans la chambre 116 n'exerce aucun déplacement d'ouverture sur la soupape 114.
La soupape 114 est ouverte lorsque et uniquement lorsque de l'air comprimé est admis, par la conduite 118, dans l'espace situé au-dessus du piston 119, raccor- dé à l'extrémité à l'extrémité supérieure de la tige de soupape.
Pour faire fonctionner de telles soupapes, de l'air est ad- mis, aux moments voulus, à travers la conduite 118, grâce à un mécanisme de soupapes auxiliaires. Le carter pour une soupape auxiliaire est désigné par le chiffre de'référence 121. Il est toutefois bien entendu qu'il exis- te une soupape auxiliaire 121 et une soupape de démarrage à air 113 associée, pour chaque cylindre auquel le démarrage à air est appliqué. Ce peut être chaque cylindre du moteur ou seulement suffisamment de cylindres pour assu- rer le démarrage. Les deux agencements sont connus dans la technique.
Le manchon à cames 122 de démarrage à air est claveté sur un arbre 123, entraîné au moyen de tout dispositif approprié, à la vitesse du vilebrequin. Pour chaque soupape auxiliaire de démarrage 121, le man- chon porte deux cames, une came "marche avant" 124 et une came "marche ar- rière" 125. Celles-ci agissent sélectivement sur la soupape auxiliaire
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d'air suivant la position du manchon 122. Le manchon 122 est dépla.cé entre les positions avant et arrière, par le mouvement basculant de l'arbre-103, déjà décrit ; la liaison est constituée par un bras 126 sur l'arbre 103, une biellette 127 et un levier coudé 128, qui porte un ergot destiné à déplacer le manchon 122. La construction est familière et est représentée avec suf- fisamment de clarté à la figure 2.
La tige de la soupape auxiliaire 129 dans le carter 121 porte un piston tiroir 131, qui, dans sa position supérieure, relie la con- duite 118 à l'orifice d'échappement 132 et qui, dans sa position inférieure, coupe ce raccordement et établit la communication entre la conduite d'ali- mentation 133 et la conduite 118. La surface supérieure du piston tiroir 131 est soumise à la pression de la conduite d'alimentation 133 de telle sorte que, lorsque de l'air comprimé est admis dans la. conduite d'alimenta- tion 133, la tige 129 descende pour coopérer avec la came 124 ou 125, à l'en- contre de la résistance du ressort hélicoïdal de compression 130, qui, nor- malement,retire la tige de soupape 129 du trajet de la came.
Ceci est un moyen connu pour détacher les soupapes auxiliaires d'air des cames, afin de permettre le déplacement axial de celles-ci pendant le renversement de mar- che. Puisque le déplacement du manchon 122 doit avoir lieu avant que tout démarrage à air ne soit possible, une garantie adéquate est obtenue.
La conduite d'alimentation 133 ne communique pas seulement avec le carter 121 mais également avec la chambre d'alimentation 116 de la soupape de démarrage 113, et l'action de l'arbre de manoeuvre 71 dans la sous-gamme de démarrage à air consiste à couper l'ouverture, normalement ou- verte, de la conduite 133 et à admettre l'air de démarrage dans cette condui- te, pour mettre en marche les soupapes auxiliaires et les soupapes de dé- marrage.
L'air de manoeuvre est admis, par la. conduite 134, dans le carter de soupape à air principal 135. Un clapet de retenue 136 peut être ouvert et fermé par un volant à main 137 et, lorsqu'il est ouvert, il rac- corde la conduite 134 à la conduite 85 et à la chambre à soupapes 138, et à la conduite d'embranchement 139. La. conduite 133 est raccordée à une chambre 141, qui est séparée d'une chambre 138 par une soupape 142, en for- me de champignon, s'ouvrant vers le dessous.
La soupape 142 en forme de champignon est raccordée à un piston 143, plus grand que la soupape 142 et soumis, à sa surface supérieure, à la pression régnant dans la chambre 138, de sorte que la pression dans la chambre 138 développe une ouverture en biais sur la soupape 1420 Ceci est contrecarré par un ressort hélicoïdal- de compression 144, dont l'action est dirigée vers le haut, et par la pres- sion de réserve admise dans l'espace situé au-dessous du piston 143, par l'intermédiaire de la conduite 145.
Lorsque la soupape 142 est fermée, une soupape 146 met la chambre 141 et la conduite 133 en communication avec l'atmosphère. Le mou- vement d'ouverture de la. soupape 142 entraîne la fermeture de la soupape 146. Par conséquent, le mouvement du piston 143 vers le haut libère l'ori- fice d'admission de la conduite 133 et son mouvement vers le bas provoque l'admission d'air comprimé en provenance de la conduite 133. Ce mouvement est produit par l'admission et l'échappement d'air comprimé vers et de l'embranchement 145. Cette fonction est exécutée par le mécanisme à came pivotante porté par l'étrier 112 et servant à actionner la tige de soupape 147 d'une soupape auxiliaire située dans le carter 148.
Après que la. tige 91 a quitté l'épaulement de verrouillage 93 (ou après que la came 89 a quitté l'épaulement de verrouillage 111), une rotation supplémentaire de l'arbre 71 provoque le soulèvement de la tige 147 par le bloc came 149 (ou le bloc came 151) porté par l'étrier 112. Ce-
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ci a pour effet de soulever la soupape en forme de champignon 152, à dou- ble siège,de telle sorte qu'elle vienne s'appuyer sur son siège supérieur plutôt que sur son siège inférieur, cette dernière position étant la posi- tion normale. Il en résulte que la conduite d'alimentation 139 est coupée de la conduite 145 et que celle-ci est mise en communication avec l'atmos- phère.
Par conséquent, le piston 143 se déplace vers le bas et l'air de démarrage est admis dans la conduite 133. Ceci met en fonction= neùent le mécanisme de la soupape de démarrage, pour faire démarrer le mo- teur dans le sens déterminé par la position du manchon 122. Si l'arbre 71 est tourné au delà de sous-gamme de démarrage à air, dans l'un ou l'autre sens, la tige 147 est libérée et peut retomber parce que la came 149, ou 151 suivant le cas, passe au delà de la tige. Il n'est pas désirable de soulever la tige 147 lors du mouvement de retour de l'arbre 71 à sa posi- tion centrale ou neutre. Par conséquent, les blocs cames 149 et 151 peu- vent glisser suivant des trajectoires parallèles à l'axe de l'arbre 71 et ont respectivement des surfaces obliques 153 et 154.
Lors du mouvement de retour, la surface oblique de la came qui était en action vient en contact avec le côté de la tige 147, qui déplace la came sans aucun effet de levage sur la tige 147. Aussitôt que la came a passé la tige 147, elle retourne à sa position normale sous l'effet d'un nez de came fixe 150, coopérant avec l'extrémité du bloc came déplacé.
Le troisième dispositif de commande porté par l'arbre de manoeuvre 71 est la came de commande d'alimentation en combustible 155.
Cette came coopère avec un rouleau suiveur 156 sur la tige 157. La tige 157 pourrait commander l'admission de combustible au moteur de toute fa- çon connue. Dans la forme de réalisation représentée, la fente 158 de la came est celle qui est utilisée pour la commande d'un dispositif de charge qui modifie l'action d'un régulateur centrifuge. Le régulateur commande l'admission de combustible. Le mouvement qui a lieu. près de la position neutre de l'arbre 71 se rapporte à certaines fonctions particulières à la construction du régulateur et ne doit pas être décrit ici.
L'important est qu'après que l'arbre 71 a tourné dans l'un ou l'autre sens, au delà de la gamme de démarrage à air, et, de là, dans la gamme de commande d'admission de combustible, la came 155 entraîne la tige 157 vers le bas et commande le régulateur, afin de provoquer une vitesse augmentant progressivement.
De cette manière, un seul arbre de manoeuvre 71 commande le réglage du mécanisme de renversement dans des gammes proches de la po- sition neutre ou d'arrêt, commande la mise en marche du mécanisme de dé- marrage à air, après un autre déplacement angulaire .et, après un autre dé- placement encore, commande progressivement l'alimentation en combustible.
Forme de réalisation en variante.
Une autre forme de réalisation,destinée à éviter l'emploi de l'accouplement denté avec jeu 52, est représentée aux figures 8 et 9.
Dans ces figures, des parties qui sont pratiquement identiques à des parties vues aux figures 1 à 7 inclusivement, sont désignées par les mêmes chiffres de référence suivis de la lettre a.
La différence réside dans la liaison de fonctionnement en- tre la crémaillère 55a et l'arbre 23a. La crémaillère 55a est en prise avec un pignon 161, d'un diamètre tel que la course complète de la crémaillère fasse tourner le pignon d'au moins 1800. Le pignon 161 est fixé sur un ar- bre 162, auquel est fixé le bras de manivelle 163. Le bras de manivelle 163 est relié, par l'intermédiaire d'une bielle élastique 164, à une manivelle
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165, fixée sur l'arbre 23a. La bielle est reliée, par l'intermédiaire d'un tourillon 166, à la manivelle 163 et, par l'intermédiaîre d'un tourillon 167, à la. manivelle 165.
La liberté de mouvement du tourillon 166 dépasse quel- que peu la liberté de mouvement maximum du tourillon 167 et la bielle 164 est prévue de façon telle qu'elle se donne à la fois à la tension et à la compression. Ainsi, le déplacement de la crémaillère 55a vers sa. position supérieure fait tourner l'arbre 23a, de façon élastique, dans le sens op- posé à celui du mouvement des aiguilles d'une montre, tandis que le dépla- cement de la crémaillère vers sa position inférieure maintient l'arbre élas- tiquement à la limite extrême de son mouvement de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. L'action élastique permet le réglage par les cames 33a et 34a.
L'élasticité est produite par un ressort hélicoïdal de com- pression 168, qui est comprimé entre les deux collets 169 et 171. Ces col- lets sont retenus entre des épaulements sur la tige intérieure 172, qui est reliée au tourillon 167, et entre des épaulements à l'intérieur du man- chon 164, qui est relié au tourillon 166. Un examen de la figure 9 fera apparaître que le ressort 168 sera soumis à la compression sous des efforts tendant à allonger et sous des efforts tendant à raccourcir la bielle 164.
La seule fonction de la bielle élastique est de déplacer l'arbre 23, pour établir les conditions de base pour le renversement de marche, parce qu'aus- sitôt que le moteur se met en marche dans l'un ou l'autre sens, la réaction de l'arbre à cames applique le bras 31a contre la came de commande d'avance appropriée, 33a ou 34a suivant le cas.
Modification permettant la commande manuelle.
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A la figure 10, on indique une forme de réglage de l'avance non commandée par un régulateur. Cette forme de réalisation particulière représente une commande manuelle comme dispositif de manoeuvre typique des cames dans le même 3ens, afin de régler l'avance.
Des parties des cames de réglage de l'avance sont indiquées en 33b et 34b. Les éléments de crémaillère qui agissent ensemble sont dé- signés par 37b et 38b et sont montés sur une tige 39b, qui est forée et fi- letée intérieurement à son extrémité de gauche. La tige 39b présente une bride 181 à son extrémité de gauchecomme on l'a indiqué, et des écrous 182, vissés sur l'extrémité de droite, assemblent les différentes parties.
Les crémaillères sont guidées exactement de la manière indiquée à la figure 3 et ce détail ne doit donc pas être étudié.
Un arbre 183, ayant le même axe que la tige 39b, est monté à pivotement dans le support 184,. fixé sur une partie du bâti du moteur, et une partie 185 de l'arbre 183 est filetée et vissée dans l'extrémité forée de la tige 39b. L'arbre 183 est mis en rotation à l'aide de la manivelle 186 et chaque tour de la manivelle déplace la tige 39b d'une longueur égale au pas linéaire des filets 185.
Une poignée 187 est montée sur la manivelle 186 et porte un ergot 188. En abaissant la poignée 187 à partir de la position représen- tée, l'ergot 188 pénètre dans une fourche 189, montée sur le support 184 et empêche ainsi la rotation de l'arbre 183. La poignée 187 est représen- tée dans sa position active, lorsqu'elle n'est pas verrouillée. Elle est maintenue, au choix, dans sa position active ou dans sa position de ver- rouillage, grâce à une détente indirecte comprenant le piston plongeur 191 sous l'influence d'un ressort.
La construction représentée à la figure 10 montre un dispo- sitif simple permettant de régler manuellement l'avance dans un moteur ré- versible, les réglages étant effectués simultanément et au même degré pour
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les deux sens de marche.
Le mécanisme représenté à la figure 10 permet l'adaptation de l'avance aux caractéristiques de combustion de différentes huiles com- bustibles. Bien qu'ici on ait proposé la commande manuelle, le dispositif peut être adapté à toute commande connue, se faisant au moyen de tout dis- positif connu, qu'il soit strictement indépendant et manuel comme indiqué ou qu'il soit sous l'influence d'un élément de commande-quelconque du mo- teur.
Considérations générales.
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Le piston plongeur 22 vu à la figure 1 est destiné à ac- tionner la pompe d'injection de combustible et, étant donné qu'une telle pompe est un appareil standard dans le commerce courant, on pense qu'il n'est pas nécessaire de représenter en détail une pompe à combustible.
Pour éviter tout malentendu possible, il est établi qu'il faut une telle pompe pour chaque cylindre du moteur et que le contrôle de la vitesse du moteur exige l'emploi du type connu de pompe dans lequel la quantité de combustible injectée par cycle peut être modifiée par le ré- glage d'un élément de commande.
Il peut être proposé que l'élément de commande de la pompe qui règle la quantité de combustible par cycle soit directement relié à l'élément 157, de manière à être directement actionné par ce dernier. Il est toutefois préférable que l'élément de commande de la pompe soit action- né par un régulateur sous l'influence de la vitesse du moteur et complète- ment séparé du régulateur 43, représenté à la figure 3. Le fonctionnement des deux régulateurs serait coordonné dans la mesure dans laquelle ils sont sous l'influence des mêmes vitesses du moteur. Le régulateur qui actionne l'élément de commande de la pompe serait toutefois muni d'un mécanisme de charge de forme connue et ce mécanisme de charge serait raccordé à l'élément 157 pour modifier l'effet du régulateur sur l'effet de commande de la pom- pe.
Tout ce système est connu dans la technique du moteur Diesel et, dans le but d'éviter des complications superflues, le régulateur chargé n'est pas représenté. En premier lieu, l'emploi d'un tel régulateur n'est pas essentiel et, en second lieu, son emploi n'est pas brevetable.
Ainsi, dans la présente application, l'élément 157 est con- sidéré, par rapport à l'ensemble, comme un dispositif de réglage de la vi- tesse du moteur, parce qu'il peut effectuer ce réglage grâce à un raccor- dement direct au régulateur de la pompe ou grâce à un raccordement indirect à celle-ci, par l'intermédiaire d'un régulateur à charge variable ou de toute autre manière connue.
Les résultats sont les mêmes, sauf en ce qu'au cas où un régulateur à charge variable est utilisé, le moteur peut tourner à une vitesse sensiblement uniforme, quelles que soient les variations de charge, ce qui est préférable dans de nombreux domaines, par exemple dans les moteurs marinso
Dans la forme de réalisation préférée, représentée aux fi- gures 1 à 7, il n'est pas désirable de faire régler l'admission de combus- tible par le régulateur de vitesse 43, parce que cela entraînerait une char- ge variable et une telle charge variable influencerait de façon indésira- ble le réglage de l'avance.
Dans cette forme de réalisation, l'avance de- vrait varier directement suivant la vitesse du moteur et ce résultat ne se- rait pas atteint, ou du moins ne serait pas atteint dans une mesure suffi- sante, en cas de chargement variable du régulateur.
Ainsi, au cas où un régulateur d'alimentation en aombusti-
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ble est utilisé, celui-ci est distinct du régulateur 43 représenté.
En outre, bien qu'il soit préférable de renverser le fonc- tionnement des soupapes auxiliaires d'air grâce au raccordement à l'arbre pivotant 103, le sens de marche pourrait être renversé par tout élément qui se déplace pour effectuer l'action de renversement de marche. L'agen- cement représenté est donné à titre de suggestion uniquement.
Bien que plusieurs formes de réalisation de l'idée de la présente invention aient été décrites en détail, il est bien entendu qu'el- les sont données uniquement à titre d'exemple et non dans un sens limita- tif. Le cadre de la présente invention est simplement défini par les re- vendications et des modifications apportées dans le cadre de ces revendi- cations sont possibles et envisagées.
REVENDICATIONS.
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1. Moteur réversible comportant un vilebrequin, un arbre à cames destiné au réglage des phénomènes au cours du cycle, un train de transmission entre lesdits vilebrequin et arbre, comprenant un élément pou- vant être déplacé, dont le déplacement modifie la relation angulaire entre le vilebrequin et l'arbre, un dispositif de renversement destiné à dépla- cer ledit élément suivant une gamme de positions effectuant le renverse- ment du sens de marché du moteur, et un dispositif de réglage complètement indépendant dudit dispositif de renversement et servant à déplacer ledit élément dans des gammes limitées de positions de réglage, lorsque cet élé- ment occupe l'une ou l'autre des deux positions de marche préparées par le dispositif de renversement.
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GEAR CHANGE AND ADVANCE CONTROL MECHANISM FOR A MOTORS
INJECTION OF FUEL.
The present invention relates to gear shift mechanisms for fuel injection type engines, such as diesel engines, and relates to the adjustment of fuel injection, both for operation. forward and reverse, so that, in each direction of travel, a variable advance can be obtained. The advance adjustment can be done by hand, but in the preferred embodiment the advance is controlled by a speed sensitive regulator, subject to the influence of the engine speed, so. , so that the feed corresponds to the engine speed.
The present invention is believed to find its greatest utility in engines where fuel injection is of the mechanical or direct type, but it is not necessarily limited to these fields.
In the preferred embodiment, the control of the engine speed can be effected by the known means of variably charging a speed sensitive regulator which controls the amount of fuel injected. In such a case, the control of the injection or advance adjustment can be effected by a separate and distinct regulator, which is not subjected to a variable load.
In the patent application of George E. Ramstad, filed in the United States, February 27, 1939, under the? Series 258,777, the patent having been granted, on June 3, 1941, under N 2,243,883, to the assignee of the applicant, a gear change mechanism has been described, applied to. a four-stroke engine.
This mechanism not only controls the reverse direction of the injection pump mechanism and the intake and exhaust valves but also the reverse direction of the air starter mechanism. The controls are arranged in such a way. such and are
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provided with locking such that a simple control member can be moved from a neutral position or stop position ,, in two opposite directions, corresponding to the opposite directions of rotation of the engine crankshaft. Therefore, there is a range of forward motion and a range of rearward motion of the controller, ranges meeting at the stop position. Each of these ranges is divided into three sub-ranges.
Taken in order, from the stop position, each first sub-range is that in which the gear change takes place. The second sub-range is an air start range in which the engine is started by compressed air, controlled by the air start valves. The third sub-range is the fuel intake control range, by which the fuel supply is controlled, the fuel supply increasing with the distance of the controller from the off position.
In order to fully develop the characteristics of the present invention and to indicate its possibilities of adaptation to control mechanisms comprising a very large number of components, it will be described as being implemented with a regulatory mechanism of the Ramstad type. However, the novel features of the present invention relate primarily to advance control and will be discussed starting from this point.
The present invention provides an adjustable injection device, the adjustment being able to be carried out by a regulator or manually, or else by any type of control known in the art. The mechanism is particularly intended for two-stroke engines of the direct injection type, because it is well suited to withstand the torque reactions produced in such engines.
The invention provides for the angular offset of the camshaft for the fuel of a two-stroke diesel engine with respect to the crankshaft, so that only one series of cams for the fuel can serve alternately for the fuel. forward and reverse.
The position of the camshaft for fuel, relative to the crankshaft of the engine, is adjusted by means of a rack which rotates a toothed wheel, associated with a gear train. planetary gear forming part of the camshaft drive control. A reversing motor moves the rack, one full stroke, between a forward position and a reverse position. The aforementioned gear wheel is in engagement with the planetary gear in such a way that it is able to limit backlash. Thus, the full stroke motion of the reversing motor pushes one of the planetary gear components close to. a limit position, towards which it is then moved and in which it is retained by a stop device.
It is also retained by the reaction force of the camshaft when the engine is running. Two embodiments of this design of the invention are shown.
The connection with clearance provides the desired range for the adjustment of the advance, adjustment which is effected by two reaction cams. When the adjustment is to be carried out according to the rotational speed of the engine, the cams are adjusted by a servomotor, under the control of a regulator which is under the influence of the engine speed. In all embodiments, the cams absorb the forces developed by the camshaft drive and thereby relieve the reversing motor of the camshaft drive force.
The servo motor simply unloads the regulator, so
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so that the cams are fitted with precision, as specified by the governor.
When a centrifugal governor is used, and given that such a governor does not depend on its direction of rotation, the reaction cams are independent of the direction of rotation of the governor. The cams come into action selectively, depending on the direction of rotation of the motor, but they are adjusted simultaneously and in the same direction. The advance control is thus completely independent of the direction of rotation and becomes effective under the action of one or the other of the cams, depending on the position of the reversing motor and of the planetary gear component. moved by this fact.
There is an interlock between the reverse motor and the drive shaft which prevents movement of the drive shaft beyond the reverse range until the reverse movement is completed. As soon as the shift is effected, the operator is free to place the operating mechanism in the air start range.
The present invention may be carried out in specifically different forms, and three embodiments will be described with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a perspective diagram of the mechanism used to change the position of the camshaft, relative to the crankshaft, for forward and reverse, and of the advance control mechanism. fuel injection.
Figure 2 is a perspective diagram of the operating mechanism which controls not only the reversing motor shown in Figure 1 but also the air start mechanism and the charging mechanism of the speed regulator or equivalent device. speed control.
When figures 1 and 2 are put side by side, with figure 1 on the left, a diagram of the operating mechanism is obtained. Generally, Figure 1 relates to the object of the present invention, and Figure 2 relates to an adaptation of the combined Ramstad operating mechanism to accommodate the principles of the present invention.
Fig. 3 is a sectional elevation showing the actual construction of the device and showing the relationship between the centrifugal governor and its servo motor and the reversing and advance control mechanism. The plan of the. cut is indicated by line 3 - 3 in Figure 4.
Figure 4 is a plan view of the mechanism shown in Figure 3. Parts are removed to make certain parts visible.
Figure 5 is a section taken along line 5-5 of Figure 4 '
Figure 6 is a section taken on line 6-6 of Figure 4.
FIG. 7 is a diagram showing the gear train connecting the crankshaft to the annular gear forming part of the planetary gear by means of which the camshaft is driven.
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Figure 8 is a plan view somewhat similar to that of Figure 4, showing a modified arrangement.
Figure 9 is a view, partly in section and partly in elevation, showing the structure shown in Figure 8.
FIG. 10 is a view similar to that of FIG. 3, showing manually operated devices for adjusting the advance control cams.
If we first refer to Figure 7, we see that the crankshaft of the engine is designated by the reference numeral 11, a level by 12, a connecting rod by 13 and a piston by 14. The The invention can be applied to engines having variable number of cylinders and no illustration of the complete engine is necessary.
On the crankshaft 11 is mounted a gear wheel 15, which drives a idler gear 16, fixed to a smaller pinion 17. The latter is engaged with an annular gear wheel 18, the pitch diameter of the pinion. 17 being half that of the gear wheel 18 (see Figures 1, 3 and 4). The annular gear wheel 18 therefore rotates in the same direction as the crankshaft at half of its angular speed.
The camshaft 19 is coaxial with the annular gear 18 and carries the fuel cams 21 which actuate the fuel injection plungers 22. These plungers actuate fuel injection pumps or equivalent devices. not shown. These pumps can be of any shape desired and there is a cam, a plunger and a pump for each cylinder of the engine. The angular position of the cams on the camshaft corresponds to the angular position of the cranks on the camshaft according to the established principle.
To simplify the drawings, only one cam and one plunger have been indicated. Since the cams 21 must operate in both directions of rotation, they are symmetrical with respect to a line (for example the diameter of the shaft passing through the nose of the cam).
One of the functions of the reversing mechanism is to modify the angular position of the camshaft 19 relative to the crankshaft 11, to establish the basic setting of the fuel injection, for the directions of rotation. opposites. The "forward" adjustment is shown in Figure 1. This change is made by rotating shaft 23 in alignment with camshaft 19 by an equal amount.
The adjacent ends of the aligned shafts 19 and 23 carry opposing beveled sun gears 24 and 25. The annular toothed wheel 18 is supported by a housing 26, rotatably mounted on the shaft 23, and by a disc 27, rotating on the shaft. The shaft 19. These elements contain the sun gears 24 and 25 and also an annular series of tapered planetary gears 28, which rotate on radial journals 29 protruding from the housing 26. The planetary gears mesh with both. solar gears.
Shaft 23 is normally prevented from rotating so that sun gear 24 is fixed. As a result, the planetary gears 28, when rotated by the ring gear 18, rotate the sun gear 25 at a speed twice the annular speed of the ring gear 18, i.e. say at the crankshaft speed.
Thus, the camshaft 19 rotates at the appropriate speed for a two-stroke cycle. In the embodiment shown, the camshaft and the crankshaft rotate in the same direction.
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On the shaft 23 is fixed an arm 31, with an oscillating contact shoe 32. The reversal movement of the shaft 23 is limited by the contact of the shoe 32 with one or the other of the cams. feed control 33 and 34. These have an approximately similar spiral-shaped contour and are rotatably mounted on journals 35 and 36, so that they can be angularly adjusted by racks 37 and 38 on the shaft. crossmember 39, the construction of which is clearly shown in figure 3. The racks are engaged with toothed sectors forming part of the cams, so that the movement of a rack moves both the two cams 33 and 34 , of equal length and in the same direction.
The thrust due to the crankshaft drive advances the arm 31 in the direction of the active cam and the cam adjustment determines the advance, as will be explained later.
The cross member 39 is connected to the piston 41 of a servomotor comprising a cylinder 42 and is controlled by this piston and the latter moves according to the indications of a regulator 43 sensitive to the speed, clearly indicated to the figures 3 and 4.
The regulator 43 is actuated from the idle gear 16, via the pinion 44, the perpendicular gear wheels 45 and the shaft 46. The movement of the arm 47 depends on the speed of the motor; it lowers as the speed increases. and, as clearly shown in figure 3, it is connected by a known articulation system, to the piston 41 and to the distribution valve 48. which is a valve piston of the type with admission by the end and exhaust by the medium controlling the admission and the exhaust of the fluid under hydraulic pressure towards and of the working chambers, at the two ends of the cylinder 42.
As seen here; the piston 41 moves into positions corresponding to the various positions of the regulator arm 47 without imposing on the arm 47 the force to move the piston 41, the racks 37 and 38 and the cams 33 and 34.
The piston 41 moves to the right (fig. 3) under the influence of an increase. mentation of speed, rotating cams 33 and 34 counterclockwise.
Cam 33 controls the feed when the motor is running forward (see Fig. 1) and cam 34 controls feed when the motor is running backwards, and each cam increases feed under the influence of an increase. .tion of speed in the corresponding direction of rotation. The arm 31 is moved towards the appropriate cam, by the. reaction force developed by the camshaft drive. Since the cams may be of sufficient size to withstand the forces and the resulting wear, adequate strength and prolonged precision are assured.
The fundamental displacement by which the shaft 23 and hence the camshaft 19 occupy the position intended for forward or reverse is achieved by the rotation of a pinion 51 which is rotatably mounted on the shaft 23, and which is connected by a toothed coupling with clearance 52, to the hub of the arm 31. The clearance is sufficient or a little more than sufficient to allow the adjustment of the advance, and the angular rotation of the shaft. Pinion 51 is approximately insufficient to measure the play of toothed coupling 52, to rotate shaft 23 by the amount of its full rotation.
The complete pivoting of the shaft 23 to bring the shoe 32 into contact with one or the other of the cams 33 and 34 in their minimum advance position is ensured by the cam 53 placed on the shaft 23 and the udder - your spring plunger 54, which cooperates with the cam 53 and which serves as an indirect locking or deflection device in the final range of
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movements of the shaft 23, for each direction (figure 6). Near every limit of movement of shaft 23, the deflection device becomes effective and advances shaft 23 to press shoe 32 against advance control cams 33 and 34. This makes the shifting device effective. set in 52 usable for advance adjustments. The plunger 54 is enclosed in a housing 50.
Pinion 51 rotates in the range mentioned above, with the aid of a reciprocating rack (Figures 1, 4 and 5). As shown in figure 5, a plunger 56, under the influence of a spring, cooperates with one or the other of the two detent notches 57 on the rear of the rack and serves indirect trigger to keep the rack in each end position. The guide structure 60 of the rack is clearly shown in Figure 5 and need not be described in detail.
Two aligned cylinders 58 and 59, double acting, contain pistons 61 and 62, connected, by a piston rod 63, to the upper end of the rack 55. The cylinder 58 is a driving cylinder and the cylinder. cylinder 59 is, as is normal, a check cylinder filled with oil. When the four-way valve 64 and tap 65 occupy the normal position, as shown in Figure 1, the needle valve 66 controls the extent of displacement by adjusting the flow of oil.
Closing the valve 65 and placing the valve 64 in the appropriate position connects the manually operated oil pump 67, to raise or lower the pistons 62 at will, by adjusting the advance or by carrying out other settings, when the engine is stopped. Port 68 is in conjunction with the engine pressurized lubrication system and serves to keep cylinder 59 under oil pressure under operating conditions.
The reverse gear and advance adjustment mechanism described above encompasses the main features of the present invention. Accessory characteristics relating to the adaptation of this reversing mechanism to a Ramstad operating mechanism will now be described.
The shaft 71 is the maneuvering shaft and in the embodiment shown it rotates approximately 270 between its forward, full speed, and reverse, full speed positions.
In FIG. 2, the shaft 71 occupies its neutral position or stop position, which is located halfway between the two positions which have just been mentioned. The shaft 71 rotates via the pinion 72 and the toothed sector 73, using a lever 74 fixed on the shaft 75, which also carries the sector 73.
The operating shaft 71 carries three mechanisms which come into action during three successive sub-ranges which together constitute the total range of movement in each direction of rotation from the neutral position shown.
The first of the three mechanisms carried by the shaft 71 is the sleeve 76, which is keyed on the shaft 71 so that it rotates with the shaft and that it can be displaced axially, with respect to this shaft; axial movement is limited by a lock that prevents movement beyond the opposite direction subrange until movement of the shift mechanism has actually taken place.
Sleeve 76 carries cams which selectively control intake and exhaust valves at opposite ends of cylinder 58. A fitting 77 terminates at the upper end of cylinder 58 and contains a port control valve 78, which prevents flow in
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direction of the cylinder but which opens to allow flow from the cylinder. The fitting 79 leads to the lower end of the cylinder and contains a like control valve 81, fulfilling a like function.
Fitting 77 terminates in a "forward" valve housing 82 and fitting 79 terminates in a "reverse" valve housing 83.
The mechanisms in the housings 82 and 83 are identical and the description of the mechanism contained in the housing 82 will be sufficient. At the top of the housing is a supply chamber 84, into which the compressed air line 85 terminates. The pressure of the compressed air and the compression coil spring 86 lower the pressure valve. inlet 87, mushroom shaped, so that line 77 which terminates in the chamber below mushroom shaped valve 87 is no longer supplied.
This chamber is, at this moment, in communication with the atmosphere, via the guide axis of the valve 87, towards the exhaust chamber 88. When the rod 89 is raised, the pipe d The exhaust is closed by a valve head 90 from the lower end of the guide pin and the supply line 85 is connected to the line 77 so that the piston is pushed down into the position. "forward" as shown in Figure 1. The rod 91, associated with the housing 83, plays the same role as the rod 89, that is to say, when the. rod 91 is raised, the line 79 is cut off from the atmosphere and is connected to the supply line 85, so that the piston 61 is pushed completely upwards, towards the "reverse position" ".
It will be seen that, in the neutral position shown in FIG. 1, the two ends of the cylinder 58 are in contact with the atmosphere, so that the piston 61 and the rack 55 connected thereto are then simply retained by the piston. trigger plunger 56 (see fig. 5). This can be done given that no working force is transmitted to the rack 55 by the running of the motor.
When the elements occupy the position shown in Figures 1 and 2, the reverse cam 92 on the sleeve 76 is in position to lift the rod 91, if the shaft 71 is rotated in the reverse direction, c 'That is to say in the opposite direction to that of clockwise movement, as seen in FIG. 2. Rotating the shaft in the opposite direction to clockwise raises the. rod until it comes into contact with locking shoulder 93 on the. cam. This limits the rotation of the operating shaft 71 in the direction opposite to that of the clockwise movement until the sleeve 76 is moved axially away from the observer, as is seen see figure 2.
This movement takes place when the upward movement of the piston 61 and the rack 55 is completed. To effect the movement, the rack carries an extension 94, the lower end of which carries a bias cam 95 and the upper end of which carries a bias cam 96. At the limits of the movement of the rack, these cams move a roller 97, carried by the arm 98, the arm being pivotally supported by the shaft 99. A trigger 100 indirectly retains the arm 98 in each limit position.
The arm 98 is connected, via the link 101, the arm 102, the pivoting shaft 103, the arm 104, the link 105 and the arm 106, to the pivoting yoke 107, which is fixed to a sleeve 108 rotating on the keyed sleeve 76.
If we remember that the lifting of the rod 91 provo-
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as the lifting of the rack 55, it will be observed that the cam 95 moves the roller 97 and, by means of the described connection, moves the sleeve 76 away from the observer, so that the shoulder 93 passes to side of the. rod 91 at the precise moment when the rack 91 reaches the upper limit of its movement. This frees up the maneuvering shaft 71 so that it can be advanced into the air start range. It cannot be moved in this range, ¯ before the rack has completed its reverse movement.
The axial movement sets up a second cam 109, with a locking shoulder 111, intended to actuate the rod 89, when the shaft 71 is rotated in the direction of clockwise movement. When the cam 109 occupies the active position, the same locking process takes place for it, but in the opposite direction.
Thus, the first effect of axially moving shaft 71 from the stop or neutral position in either direction will be to produce a full reversal motion of the rack 55, unless the rack is already in the correct position for the chosen direction of travel. If this is the case, movement in the air start range is no longer prevented.
It should be observed that the part of the shaft 103 shown in figure 1 is not in alignment with the part of the shaft 103 shown in figure 2, although they are parts of a single shaft. . It was necessary to shift them in order to arrange the figures in the available space and to employ a satisfactory scale.
In the second sub-range or sub-range of the air start, the air start mechanism comes into action and is started by the pivoting cam mechanism carried by the caliper 112 on the shaft 71.
To understand the operation of this mechanism, it is necessary to describe an air starting mechanism which is known in this art but which is one of those which can advantageously be adapted to this operating mechanism. The casing 113 is the housing of a known type of air intake valve device, mounted in the head of the engine cylinder. The mushroom-shaped valve 114 is the actual air intake valve and is pushed into the closed position by a coil spring 115. The air intake chamber 116 is formed in the valve. housing 115, between the mushroom-shaped valve 114 and a piston 117, of approximately equal area, mounted in the valve stem. Therefore, the air pressure in the chamber 116 exerts no opening displacement on the valve 114.
The valve 114 is opened when and only when compressed air is admitted, through the line 118, into the space above the piston 119, connected at the end at the upper end of the piston rod. valve.
To operate such valves, air is admitted, at desired times, through line 118 by means of an auxiliary valve mechanism. The housing for an auxiliary valve is designated by the numeral 121. It will be understood, however, that there is an auxiliary valve 121 and an associated air start valve 113, for each cylinder to which the air start is. applied. It may be each cylinder in the engine or only enough cylinders to ensure starting. Both arrangements are known in the art.
The air start cam sleeve 122 is keyed to a shaft 123, driven by any suitable device, at the speed of the crankshaft. For each auxiliary starting valve 121, the sleeve carries two cams, a "forward" cam 124 and a "reverse" cam 125. These act selectively on the auxiliary valve.
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air according to the position of the sleeve 122. The sleeve 122 is moved between the front and rear positions, by the rocking movement of the shaft-103, already described; the connection is constituted by an arm 126 on the shaft 103, a link 127 and an elbow lever 128, which carries a lug for moving the sleeve 122. The construction is familiar and is shown with sufficient clarity in the figure. 2.
The stem of the auxiliary valve 129 in the housing 121 carries a slide piston 131, which, in its upper position, connects the pipe 118 to the exhaust port 132 and which, in its lower position, cuts this connection and establishes communication between the supply line 133 and the line 118. The upper surface of the slide piston 131 is subjected to the pressure of the supply line 133 so that when compressed air is admitted into the. supply line 133, the rod 129 descends to cooperate with the cam 124 or 125, against the resistance of the compression coil spring 130, which normally withdraws the valve rod 129 from the supply line. cam path.
This is a known means of detaching the auxiliary air valves from the cams, in order to allow the axial displacement of the latter during the reversal. Since the displacement of the sleeve 122 must take place before any air start is possible, an adequate guarantee is obtained.
The supply line 133 not only communicates with the housing 121 but also with the supply chamber 116 of the start valve 113, and the action of the operating shaft 71 in the air start sub-range. consists in shutting off the opening, normally open, of the pipe 133 and admitting the starting air in this pipe, in order to start the auxiliary valves and the start valves.
The maneuvering air is admitted through the. line 134, in the main air valve housing 135. A check valve 136 can be opened and closed by a handwheel 137 and, when opened, connects line 134 to line 85 and valve chamber 138, and branch line 139. Line 133 is connected to chamber 141, which is separated from chamber 138 by valve 142, mushroom-shaped, opening towards below.
The mushroom-shaped valve 142 is connected to a piston 143, which is larger than the valve 142 and subjected, on its upper surface, to the pressure prevailing in the chamber 138, so that the pressure in the chamber 138 develops an opening in bias on valve 1420 This is counteracted by a compression coil spring 144, the action of which is directed upward, and by the reserve pressure admitted in the space below piston 143, by the 'intermediate pipe 145.
When valve 142 is closed, valve 146 places chamber 141 and line 133 in communication with the atmosphere. The opening movement of the. valve 142 causes valve 146 to close. Therefore, upward movement of piston 143 releases the inlet port of line 133 and its downward movement causes admission of compressed air from it. line 133. This movement is produced by the inlet and outlet of compressed air to and from the branch 145. This function is performed by the pivoting cam mechanism carried by the caliper 112 and serving to actuate the valve. valve stem 147 of an auxiliary valve located in the housing 148.
After that the. rod 91 has left locking shoulder 93 (or after cam 89 has left locking shoulder 111), further rotation of shaft 71 causes rod 147 to be lifted by cam block 149 (or cam block 151) carried by the caliper 112. This
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This has the effect of lifting the mushroom-shaped, double-seated valve 152 so that it comes to rest on its upper seat rather than on its lower seat, the latter position being the normal position. . As a result, the supply line 139 is cut from the line 145 and that the latter is placed in communication with the atmosphere.
Consequently, the piston 143 moves downwards and the starting air is admitted into the line 133. This activates the starter valve mechanism, to start the engine in the direction determined by. the position of the sleeve 122. If the shaft 71 is rotated beyond the air start sub-range, in either direction, the rod 147 is released and may fall back because the cam 149, or 151 depending on the case, go beyond the rod. It is undesirable to lift the rod 147 during the return movement of the shaft 71 to its central or neutral position. Consequently, the cam blocks 149 and 151 can slide along paths parallel to the axis of the shaft 71 and have oblique surfaces 153 and 154 respectively.
During the return movement, the oblique surface of the cam which was in action comes into contact with the side of the rod 147, which moves the cam without any lifting effect on the rod 147. As soon as the cam has passed the rod 147 , it returns to its normal position under the effect of a fixed cam nose 150, cooperating with the end of the displaced cam unit.
The third control device carried by the operating shaft 71 is the fuel supply control cam 155.
This cam cooperates with a follower roller 156 on the rod 157. The rod 157 could control the admission of fuel to the engine in any known manner. In the illustrated embodiment, the slot 158 of the cam is that which is used for the control of a load device which modifies the action of a centrifugal governor. The regulator controls the fuel intake. The movement that takes place. near the neutral position of shaft 71 relates to certain functions peculiar to the construction of the regulator and should not be described here.
The important thing is that after the shaft 71 has rotated in either direction, beyond the air start range, and, from there, into the fuel intake control range, the cam 155 drives the rod 157 down and controls the regulator, in order to cause a speed gradually increasing.
In this way, a single operating shaft 71 controls the adjustment of the reversal mechanism in ranges close to the neutral or stop position, controls the starting of the air starting mechanism, after another displacement angular and, after yet another movement, gradually controls the fuel supply.
Alternative embodiment.
Another embodiment, intended to avoid the use of the toothed coupling with clearance 52, is shown in Figures 8 and 9.
In these figures, parts which are substantially identical to parts seen in Figures 1 to 7 inclusive are designated by the same reference numerals followed by the letter a.
The difference lies in the operative connection between the rack 55a and the shaft 23a. The rack 55a engages a pinion 161, of a diameter such that the full stroke of the rack rotates the pinion by at least 1800. The pinion 161 is attached to a shaft 162, to which the arm is attached. crank 163. The crank arm 163 is connected, via a resilient connecting rod 164, to a crank
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165, fixed on the shaft 23a. The connecting rod is connected, via a journal 166, to the crank 163 and, via a journal 167, to the. crank 165.
The freedom of movement of the journal 166 somewhat exceeds the maximum freedom of movement of the journal 167, and the connecting rod 164 is provided such that it provides both tension and compression. Thus, the displacement of the rack 55a towards its. upper position rotates shaft 23a resiliently in the opposite direction of clockwise movement, while movement of the rack to its lower position holds the shaft resiliently at the extreme limit of its clockwise rotational movement. The elastic action allows adjustment by the cams 33a and 34a.
The elasticity is produced by a helical compression spring 168, which is compressed between the two collars 169 and 171. These collars are retained between shoulders on the inner rod 172, which is connected to the journal 167, and between shoulders inside the sleeve 164, which is connected to the journal 166. An examination of FIG. 9 will show that the spring 168 will be subjected to compression under forces tending to lengthen and under forces tending to shorten the connecting rod 164.
The only function of the resilient rod is to move the shaft 23, to establish the basic conditions for the reversal, because as soon as the engine starts in either direction, the reaction of the camshaft applies the arm 31a against the appropriate advance control cam, 33a or 34a as appropriate.
Modification allowing manual control.
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Figure 10 shows a form of advance control not controlled by a regulator. This particular embodiment represents a manual control as a typical operating device for cams in the same 3ens, in order to adjust the advance.
Parts of the advance adjusting cams are shown at 33b and 34b. The rack elements which act together are designated 37b and 38b and are mounted on a rod 39b, which is drilled and internally threaded at its left end. The rod 39b has a flange 181 at its left end as indicated, and nuts 182, screwed on the right end, assemble the different parts.
The racks are guided exactly as shown in Figure 3 and therefore this detail does not need to be studied.
A shaft 183, having the same axis as the rod 39b, is pivotally mounted in the support 184 ,. attached to part of the motor frame, and part 185 of shaft 183 is threaded and screwed into the drilled end of rod 39b. The shaft 183 is rotated with the aid of the crank 186 and each turn of the crank moves the rod 39b by a length equal to the linear pitch of the threads 185.
A handle 187 is mounted on the crank 186 and carries a lug 188. By lowering the handle 187 from the position shown, the lug 188 enters a fork 189, mounted on the support 184 and thus prevents rotation of the handle. the shaft 183. The handle 187 is shown in its active position, when it is not locked. It is maintained, as desired, in its active position or in its locking position, by virtue of an indirect expansion comprising the plunger 191 under the influence of a spring.
The construction shown in Fig. 10 shows a simple device for manually adjusting the advance in a reversible motor, the adjustments being made simultaneously and to the same degree for
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both directions of travel.
The mechanism shown in FIG. 10 allows the adaptation of the advance to the combustion characteristics of different fuel oils. Although manual control has been proposed here, the device can be adapted to any known control, being done by means of any known device, whether it is strictly independent and manual as indicated or whether it is under the control. influence of any control element of the engine.
General considerations.
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The plunger 22 seen in Figure 1 is intended to actuate the fuel injection pump and, since such a pump is a standard apparatus in current commerce, it is believed unnecessary. to represent in detail a fuel pump.
To avoid any possible misunderstanding, it is established that such a pump is required for each cylinder of the engine and that the control of the engine speed requires the use of the known type of pump in which the quantity of fuel injected per cycle can be. modified by the setting of a control element.
It can be proposed that the control element of the pump which regulates the quantity of fuel per cycle is directly connected to the element 157, so as to be directly actuated by the latter. It is, however, preferable that the control element of the pump is operated by a regulator under the influence of the engine speed and completely separate from the regulator 43, shown in figure 3. The operation of the two regulators would be. coordinated to the extent that they are under the influence of the same engine speeds. The regulator which operates the control element of the pump would, however, be provided with a charging mechanism of known form and this charging mechanism would be connected to element 157 to modify the effect of the regulator on the control effect of the pump. the pump.
This whole system is known in diesel engine art and, in order to avoid unnecessary complications, the loaded governor is not shown. In the first place, the use of such a regulator is not essential and, secondly, its use is not patentable.
Thus, in the present application, the element 157 is considered, with respect to the assembly, as a device for adjusting the speed of the motor, because it can effect this adjustment by means of a connection direct to the pump regulator or through an indirect connection to it, via a variable load regulator or in any other known manner.
The results are the same, except that in the case where a variable load governor is used, the motor can run at a substantially uniform speed regardless of load variations, which is preferable in many areas, for example. example in marine engines
In the preferred embodiment, shown in Figures 1 to 7, it is undesirable to have the fuel inlet adjusted by the speed regulator 43, because this would result in variable load and low pressure. such a variable load would undesirably influence the advance adjustment.
In this embodiment, the advance would have to vary directly according to the speed of the engine and this result would not be achieved, or at least would not be achieved to a sufficient extent, in the case of variable loading of the governor. .
Thus, in the event that a fuel supply regulator
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ble is used, it is distinct from the regulator 43 shown.
Further, although it is preferable to reverse the operation of the auxiliary air valves through connection to the swivel shaft 103, the direction of travel could be reversed by any element which moves to perform the action of. reversal. The arrangement shown is given as a suggestion only.
Although several embodiments of the idea of the present invention have been described in detail, it is understood that they are given only by way of example and not in a limiting sense. The scope of the present invention is defined simply by the claims, and modifications made within the scope of these claims are possible and contemplated.
CLAIMS.
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1. Reversible engine comprising a crankshaft, a camshaft intended for adjusting the phenomena during the cycle, a transmission train between said crankshaft and shaft, comprising an element capable of being displaced, the displacement of which modifies the angular relation between the crankshaft and the shaft, a reversing device intended to move said element in a range of positions effecting the reversal of the market direction of the engine, and an adjusting device completely independent of said reversing device and serving to move said reversing device. element in limited ranges of adjustment positions, when this element occupies one or the other of the two operating positions prepared by the reversing device.