Moteur thermique et véhicule équipé d'un tel moteur

Abstract

 L'invention se rapporte à un moteur thermique, du type comprenant un arbre à cames (12), un cylindre muni d'une culasse (1), au moins une soupape (4, 5) mobile à travers une ouverture de la culasse et commandée par la rotation de l'arbre à cames via une tringlerie (14, 16, 22), et des moyens de rappel élastique (9) de la soupape vers une position de fermeture dans laquelle la tête (5) de la soupape est appliquée sur un siège (7) de la culasse, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un support (24) solidaire de la culasse (1) ;
- un poussoir (26) mobile par rapport à ce support entre une position de repos, dans laquelle le poussoir est éloigné de la tringlerie (14, 16, 22) lorsque la soupape (4, 5) se trouve dans sa position de fermeture, et une position active dans laquelle le poussoir repousse la soupape sur une distance prédéterminée à l'encontre desdits moyens de rappel (9) en provoquant le soulèvement de la tête (5) de la soupape par rapport au siège (7) ; et
- des moyens de virage lent (28 à 30, 13) pour entrainer à au moins une vitesse très lente le moteur thermique (102) sur au moins un tour complet.
Application aux moteurs Diesel de propulsion des sous-marins.

Description

[0001] La présente invention est relative à un moteur thermique du type comprenant un arbre à cames, un cylindre muni d'une culasse, au moins une soupape mobile à travers une ouverture de la culasse et commandée par la rotation de l'arbre à cames via une tringlerie, et des moyens de rappel élastique de la soupape vers une position de fermeture dans laquelle la tête de la soupape est appliquée sur un siège de la culasse.

[0002] L'invention s'applique notamment aux moteurs Diesel utilisés pour la propulsion ou la production d'électricité à bord des sous-marins, et elle sera décrite dans la suite dans cette application.

[0003] Lorsqu'un sous-marin à moteur thermique est en plongée à faible profondeur (utilisation du Schnorchel) avec son moteur thermique à l'arrêt, il existe un risque d'entrée d'eau de mer à l'intérieur des cylindres du moteur.

[0004] Une telle intrusion d'eau présente un risque important si le moteur thermique est démarré, car la compression d'une masse d'eau peut détériorer certaines pièces essentielles du moteur.

[0005] Certains constructeurs ont, pour cette raison, proposé d'ajouter à chaque cylindre une soupape supplémentaire dédiée à l'évacuation de l'eau. Lorsque de l'eau est détectée dans un cylindre, cette soupape supplémentaire est ouverte, et le moteur est entrainé en « virage lent » sur un angle de rotation suffisant pour garantir l'expulsion de l'eau, avant que le moteur soit démarré. Cet angle de rotation est au moins égal à un tour.

[0006] Cette solution est toutefois coûteuse, car elle fait appel à un moteur spécifique.

[0007] L'invention a pour but de fournir une solution adaptable de façon économique à tout moteur thermique existant.

[0008] A cet effet, l'invention a pour objet un moteur thermique du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend :

• un support solidaire de la culasse ;
• un poussoir mobile par rapport à ce support entre une position de repos, dans laquelle le poussoir est éloigné de la tringlerie lorsque la soupape se trouve dans sa position de fermeture, et une position active dans laquelle le poussoir repousse la soupape sur une distance prédéterminée à l'encontre desdits moyens de rappel en provoquant le soulèvement de la tête de la soupape par rapport au siège ; et
• des moyens de virage lent pour entrainer à au moins une vitesse très lente le moteur thermique sur au moins un tour complet.

[0009] Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :

• le poussoir en position active, coopère avec un organe de réglage du jeu de la soupape, cet organe de réglage étant prévu sur la tringlerie ;
• le poussoir est une tige filetée vissée dans un écrou fixé dans une ouverture dudit support, la tige filetée étant munie d'une tête d'entrainement en rotation située à l'extérieur du support ;
• les moyens de virage lent sont adaptés pour entrainer le moteur thermique sur au moins un tour complet à l'une ou l'autre de deux vitesses très lentes ;
• les moyens de virage lent comprennent des moyens d'entrainement manuel en rotation du moteur thermique ;
• les moyens de virage lent comprennent un moteur électrique ou pneumatique d'entrainement en rotation du moteur thermique ;
• un moteur thermique tel que décrit ci-dessus, en ce qu'il comprend des moyens de mesure d'une grandeur représentative de la présence d'eau dans le cylindre pendant une première opération de virage lent du moteur thermique ;
• lesdits moyens de mesure sont adaptés pour déclencher une seconde opération du virage lent du moteur thermique ;
• le moteur thermique est un moteur diesel.

[0010] L'invention a également pour objet un véhicule, notamment un sous-marin, équipé d'au moins un moteur thermique tel que défini ci-dessus.

[0011] Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 représente schématiquement, en coupe, une partie d'un moteur thermique classique auquel s'applique l'invention ;
• la figure 2 est une vue analogue du moteur de la figure 1, modifié conformément à l'invention ; et
• la figure 3 est une vue analogue qui illustre le fonctionnement du moteur de la figure 2.

[0012] On a représenté sur la figure 1 une partie de la culasse 1 d'un moteur Diesel 2 destiné à la propulsion d'un sous-marin. Le moteur comprend plusieurs cylindres dans chacun desquels se déplace un piston 3.

[0013] Dans la culasse 1 coulissent plusieurs tiges de soupape pour chaque cylindre, dont les deux tiges 4 des deux soupapes d'échappement du cylindre. On voit aussi sur la figure 1 le collecteur d'échappement 6 de la culasse, lequel débouche sur deux orifices d'échappement. Autour de chaque orifice d'échappement est défini un siège 7 pour la tête 5 de la soupape d'échappement associée. Sur les dessins, les tiges 4 sont représentées verticales, ainsi que l'axe X-X du cylindre.

[0014] Chaque tige 4 porte à son extrémité supérieure, à l'extérieur de la culasse, une plaque ou coupelle 8. Un ressort hélicoïdal de rappel 9 est comprimé entre cette plaque et la face supérieure 10 de la culasse, afin de rappeler la soupape vers une position de fermeture dans laquelle la tête 5 est appliquée sur son siège 7.

[0015] On a encore représenté très schématiquement sur la figure 1 :

• le vilebrequin 11 du moteur, lequel entraîne de façon synchronisée l'arbre à cames 12 et le piston 3 ;
• le démarreur électrique (ou, en variante, pneumatique) 13 du moteur, adapté pour entrainer en rotation le vilebrequin ;
• une tige de culbuteur 14 dont l'extrémité inférieure est en appui sur la came associée 15 de l'arbre à cames ;
• un basculeur 16 monté oscillant sur un arbre 17 solidaire de la culasse. Un bras 18 du basculeur est au contact de l'extrémité supérieure de la tige 14, tandis que son autre bras 19 comporte un perçage taraudé 20 dans lequel est vissée une vis de réglage 21 ; et
• un pontet 22 dont les extrémités sont en appui sur les extrémités supérieures des tiges de soupape 4, respectivement, et dont la région médiane porte un bossage supérieur 23 maintenu au contact de la vis 21 par les ressorts de rappel 9.

[0016] La figure 2 montre schématiquement comment le moteur 2 est modifié pour résoudre le problème des éventuelles ingestions d'eau par un ou plusieurs cylindres, en l'occurrence le cylindre représenté. Le moteur modifié porte la référence 102.

[0017] Le moteur 102 comporte un couvre-culasse 24 solidaire de la culasse et traversé par un manchon taraudé 25 solidaire du couvre-culasse. Dans ce manchon est vissée une vis-pointeau 26 dont l'extrémité inférieure, intérieure au couvre-culasse, se trouve en regard de la tête supérieure de la vis de réglage 21. L'extrémité supérieure de la vis-pointeau 26, extérieure au couvre-culasse, porte une tête d'entrainement en rotation, dans cet exemple une tige radiale 27 à actionnement manuel.

[0018] Le moteur 102 est complété par un capteur 28 de la vitesse de rotation de l'arbre à cames en fonction de sa phase angulaire, et par un dispositif 29 d'entrainement du démarreur 13 en mode « virage lent », c'est-à-dire d'entrainement du vilebrequin à vitesse très lente. On entend par une vitesse très lente, une vitesse de rotation très inférieure à la vitesse minimale de fonctionnement du moteur 102, par exemple comprise entre 0,5 et 5 tours par minute. Dans l'exemple décrit ici, le dispositif 29 est adapté pour entraîner le vilebrequin à l'une ou l'autre de deux vitesses lentes, la première de l'ordre de 1 tour par minute pour la détection de l'eau, la seconde de l'ordre de 5 tours par minute pour l'évacuation de l'eau du cylindre, comme ceci sera décrit plus loin.

[0019] Le dispositif 29 peut être commandé indépendamment du capteur 28, par exemple manuellement comme schématisé par un bouton d'actionnement 30.

[0020] Le moteur 102 fonctionne de la manière suivante.

[0021] En condition normale de fonctionnement, la vis-pointeau 26 est dévissée de manière à être espacée de la vis de réglage 21 quelle que soit la position du basculeur 16 (figure 2). Le capteur 28 et le dispositif de commande 29 sont désactivés.

[0022] Lorsqu'il existe une condition où le risque d'ingestion d'eau dans le cylindre peut se produire, par exemple après une plongée du sous-marin à faible profondeur avec son moteur 102 à l'arrêt, on procède aux étapes suivantes :

(a) On active le capteur 28,

(b) Au moyen du bouton 30, on actionne manuellement le dispositif 29, lequel provoque le fonctionnement du démarreur 13 en mode « virage lent » sur au moins un tour du vilebrequin, à la première vitesse lente précitée.

(c) Pendant ce virage lent, le capteur 28 mesure la vitesse de rotation de l'arbre à cames (ou en variante, du vilebrequin) en fonction de la phase angulaire de celui-ci, et compare cette vitesse de rotation à une valeur normale.

(d) Si, pour une phase donnée, correspondant à une position du piston 3 voisine de son point mort haut, la vitesse de rotation diminue substantiellement par rapport à la valeur normale, ceci est l'indice d'un « point dur » qui peut être dû à la présence d'eau dans le cylindre, au-dessus du piston, cette eau ayant pénétré par le collecteur d'échappement 6.

(e) Le capteur 28 déclenche alors une alarme, et l'opérateur effectue les deux opérations suivantes, illustrées sur la figure 3.

(f) Il fait tourner le levier 27 sur un angle prédéterminé (flèche F de la figure 3). Ceci amène l'extrémité inférieure de la vis 26 au contact de la tête de la vis 21, puis repousse celle-ci vers le bas. Cet effort se transmet au bossage 23 du pontet 22, lequel repousse vers le bas les deux soupapes d'échappement. Les têtes 5 des deux soupapes se décollent ainsi de leurs sièges 7, avec un écartement suffisamment faible pour ne pas interférer avec le piston 3 lorsque celui-ci se trouve à son point mort haut (jeu i de la figure 3).

(g) Puis l'opérateur, au moyen du bouton 30, actionne le dispositif 29, lequel, provoque le fonctionnement du démarreur 13 en mode « virage lent » sur au moins un tour du vilebrequin, à la seconde vitesse lente précitée.

[0023] A l'issue de ce virage lent, on est assuré que suffisamment d'eau a été chassée du cylindre, via le collecteur d'échappement 6 (flèches f de la figure 3) pour que, par la suite, aucun volume d'eau ne soit comprimé par la montée du piston.

[0024] Plusieurs variantes peuvent être envisagées :

(1) Le moteur 102 peut être équipé d'un moteur électrique ou pneumatique spécifique, différent du démarreur 13, pour provoquer le virage lent expliqué ci-dessus.

(2) Le dispositif 29 peut être commandé par le capteur 28 pour déclencher automatiquement le virage lent lorsqu'un « point dur » est détecté. Il peut également être actionné par un automate programmé.

(3) Le virage lent peut être réalisé de façon manuelle, grâce par exemple à un système à clé à cliquet prévu sur le moteur 102, schématisé en 31 sur la figure 3.

(4) Le système 24 à 27 d'ouverture forcée des soupapes peut être disposé sur au moins une soupape quelconque existante du moteur thermique 102, par exemple sur une ou deux soupapes d'admission.

(5) La détection de la présence d'eau dans le cylindre peut s'effectuer de façon manuelle en constatant la présence d'eau sur la purge du collecteur d'échappement.

(6) Le poussoir manuel 25 à 27 peut être remplacé par un vérin automatisé commandé par un actionneur électrique.

Revendications

1. Moteur thermique, du type comprenant un arbre à cames (12), un cylindre muni d'une culasse (1), au moins une soupape (4, 5) mobile à travers une ouverture de la culasse et commandée par la rotation de l'arbre à cames via une tringlerie (14, 16, 22), et des moyens de rappel élastique (9) de la soupape vers une position de fermeture dans laquelle la tête (5) de la soupape est appliquée sur un siège (7) de la culasse, caractérisé en ce qu'il comprend :

- un support (24) solidaire de la culasse (1) ;

- un poussoir (26) mobile par rapport à ce support entre une position de repos, dans laquelle le poussoir est éloigné de la tringlerie (14, 16, 22) lorsque la soupape (4, 5) se trouve dans sa position de fermeture, et une position active dans laquelle le poussoir repousse la soupape sur une distance prédéterminée à l'encontre desdits moyens de rappel (9) en provoquant le soulèvement de la tête (5) de la soupape par rapport au siège (7) ; et

- des moyens de virage lent (28 à 30, 13) pour entrainer à au moins une vitesse très lente le moteur thermique (102) sur au moins un tour complet ;

- des moyens (28) de mesure d'une grandeur représentative de la présence d'eau dans le cylindre pendant une première opération de virage lent du moteur thermique (102).

2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poussoir (26), en position active, coopère avec un organe (21) de réglage du jeu de la soupape (4, 5), cet organe de réglage étant prévu sur la tringlerie (14, 16, 22).

3. Moteur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le poussoir (26) est une tige filetée vissée dans un écrou (25) fixé dans une ouverture dudit support (24), la tige filetée (26) étant munie d'une tête (27) d'entrainement en rotation située à l'extérieur du support (24).

4. Moteur thermique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de virage lent (28 à 30, 13) sont adaptés pour entrainer le moteur thermique (102) sur au moins un tour complet à l'une ou l'autre de deux vitesses très lentes.

5. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de virage lent comprennent des moyens (31) d'entrainement manuel en rotation du moteur thermique (102).

6. Moteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de virage lent comprennent un moteur électrique ou pneumatique (13) d'entrainement en rotation du moteur thermique (102).

7. Moteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure (28) d'une grandeur représentative de la présence d'eau dans le cylindre sont adaptés pour déclencher une seconde opération du virage lent du moteur thermique (102).

8. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur thermique (102) est un moteur diesel.

9. Véhicule, notamment sous-marin, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moteur thermique (102) suivant l'une quelconque des revendications précédentes.

Dessins