Brevet FR2477225A2 — publié le 19810904

FR 2477225 A2 19810904 FR 8004641 A 19800229 La présente invention concerne l'application du mécanisme de transmission du brevet principal à la réalisation d'un système de propulsion pour bateaux équipés d'une hélice motrice unique et deux ou plusieurs moteurs Diesel qui peuvent être accouplés directement ou par une transmission à rapports fixes de démultiplication avec l'hélice motrice, le système de propulsion pouvant être entraîné dans une plage de vitesse allant de zéro aux vitesses moyennes de déplacement du bateau, par un seul moteur ou une partie du groupe des moteurs et dans la plage des vitesses les plus élevées par la totalité des moteurs. Le mécanisme de transmission a été décrit dans le brevet principal par rapport aux véhicules automobiles, dans lequel un moteur Diesel entraîne directement ou par l'intermédiaire d'un étage multiplicateur à engrenages les pompes des circuits d'une transmission hydrodynamique, dont la consommation de puissance, fonction du rapport des vitesses angulaires de sortie et d'entrée de la boite de vitesses, présente une allure respective différente en fonction de la vitesse angulaire d'entrée de cette boite de vitesses. Ce mécanisme a été conçu afin de pouvoir perfectionner l'accouplement entre le moteur et la transmission. Lors de la réalisation de mécanisme de transmission de ce genre, la puissance et la vitesse angulaire nominale du moteur Diesel sont en général associées à une consommation moyenne de puissance des pompes des circuits pour les divers rapports de vitesses angulaires. Ce mode de réalisation a pour conséquence que, pour des rapports de vitesses angulaires correspondant à une consommation de puissance assez faible des pompes, la vitesse angulaire du moteur augmente en même temps que le régulateur provoque une diminution de la puissance du moteur. Pour des rapports de vitesses angulaires comportant une augmentation de la puissance consommée par les pompes, la vitesse angulaire du moteur diminue ce qui diminue aussi la puissance produite par ce dernier.Par conséquent, la pleine puissance nominale du moteur n'est atteinte que pour le rapport des vitesses angulaires sur lequel est basée la réalisation. I1 faut s'accommoder d'une réduction de cette puissance nominale pour tous les autres rapports de vitesses angulaires. L'invention vise à supprimer ces réductions de puissance. Selon les caractéristiques de l'invention, le mode de réalisation des circuits hydrodynamiques et ou de l'étage multiplicateur à engrenages est tel que la boite de vitesses peut, pour les rapports de vitesses angulaires associés à la consommation maximale de puissance des pompes et à la vitesse angulaire nominale du moteur, absorber une puissance d'entrée fonction de la puissance nominale du moteur, et des vitesses angulaires plus élevées de la boite de vitesses peuvent être atteintes pour des rapports de vitesses angulaires conduisant à une diminution de la puissance consommée par les pompes par suite d'un accroissement de la vitesse angulaire du moteur au-delà de la vitesse angulaire nominale de celui-ci mais sans en dépasser la puissance nominale, avec une diminution correspondante de la quantité de carburant injectée. La diminution, qui se produisait jusqu'à maintenant, du couple.de sortie de la boite de vitesses, par suite de la perte de puissance à l'entrée de cette boite dans la presque totalité de la plage de vitesses angulaires à la sortie de ladite boite, est complètement éliminée par cette forme de réalisation du mécanisme de transmission et ce mode de fonctionnement du moteur Diesel. La seule condition à satisfaire pour cela est que le moteur Diesel doit pouvoir fonctionner au-dessus de sa vitesse angulaire nominale. Les pressions régnant dans la chambre de combustion et les contraintes imposées au mécanisme moteur et correspondant à la charge nominale admissible ne sont pas excédées, car il y a diminution de la quantité de carburant injectée à l'occasion de ces survitesses. Un autre avantage réside dans un plus grand choix que jusqu'à présent pour la démultiplication par engrenages, même pour une démultiplication qui n'est pas exactement adaptée, car la perte de puissance, occasionnée jusqu'à présent par la régulation ou par la réduction de la vitesse angulaire du moteur, disparaît. A cause de cela, une transmission par engrenages, souvent préexistante mais non exactement adaptée, peut être utilisée et il est possible d'éviter un renvoi à une date ultérieure de la livraison de la boite de vitesses, provoqué par la construction d'une nouvelle transmission par engrenages. L'objet de la présente addition est l'adaptation optimale des caractéristiques de deux ou plusieurs moteurs Diesel à la caractéristique vitesse angulaire-puissance (caractéristique d'hélice) de l'hélice d'un bâteau par l'application dudit mécanisme de transmission. Pour la conception de tels systèmes de propulsion, la base choisie était jusqu'à présent le fonctionnement avec tous les moteurs et avec une caractéristique d'hélice pour des conditions normales de service (mer calme, charge normale et aucune charge remorquée). Cette conception présente cependant l'inconvénient que, lors de la marche avec seulement une partie des moteurs, par conséquent dans la plage entre zéro et les vitesses moyennes du bateau, ces moteurs doivent tourner à une vitesse angulaire très réduite. En particulier, dans le cas des moteurs Diesel alimentés sous une forte pression, une telle réduction de la vitesse angulaire n'est cependant pas souhaitée. I1 est connu de remédier à ces difficultés par la mise en place de transmissions à changement de vitesses entre les moteurs Diesel et l'hélice et d'adapter ainsi la vitesse angulaire des moteurs Diesel à la vitesse de hélice dans toutes les-plages de fonctionnement. Cependant, ceci augmente de façon appréciable le coût du système de propulsion. La présente invention a pour objet de rendre également possible un fonctionnement impeccable du système de propulsion dans la plage des vitesses moyennes par débrayage d'une partie des moteurs d'entraînement. Selon les carctéristiques de l'invention, la conception de l'hélice et/ou le choix de la démultiplication de la transmission sont tels que dans des conditions de service normales et avec un entraînement par des moteurs Diesel utilisés dans une plage allant jusqu'aux vitesses moyennes, l'hélice est soumise à leur puissance continue maximale pour une quantité maximale de carburant injectée et une vitesse angulaire maximale admissible des moteurs dans ces conditions et qu'en cas de fonctionnement avec tous les moteurs, les vitesses angulaires les plus élevées de l'hélice dans le domaine des vitesses du bateau soient atteintes par une augmentation des vitesses angulaires des moteurs sans dépasser leur puissance continue maximale avec une réduction correspondante de la quantité de carburant injectée. L'avantage d'une telle conception est le suivant lorsque seule une partie des moteurs tournent, la vitesse angulaire de ces moteurs ne peut pas être réduite et lors de l'apparition de résistances à l'avancement relativement élevées, par exemple une mer agitée ou un fonctionnement en remorqueur, il est possible d'avancer convenablement dans ces conditions de fonctionnement par la mise en service de moteurs supplémentaires. La seule condition à satisfaire pour cela est que les moteurs puissent fonctionner, dans le domaine des vitesses de marche plus élevées avec des vitesses angulaires accrues de manière correspondante.Par la réduction de la quantité de carburant injectée à ces vitesses relativement élevées, les pressions des chambres de combustion et les charges imposées au mécanisme d'entraînement en présence de la puissance maximale admissible ne dépassent pas les maxima tolérables. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 représente un diagramme des courbes caractéristiques puissance-vitesse de rotation de l'hélice d'un système de propu-lsion de bateaux équipés d'une hélice motrice solidaire et de deux moteurs Diesel selon un agencement classique ; la figure 2 représente un diagramme de courbes caractéristiques correspondantes, toutefois pour une forme de réalisation selon l'invention la figure 3 est un schéma d'un système de propulsion pour bateaux à moteurs auquel l'invention peut s'appliquer ; et la figure 4 illustre schématiquement le mécanisme de transmission selon l'invention et est identique à la figure 3 du brevet principal. Sur ces figures, la puissance est portée en ordonnées et la vitesse angulaire de l'hélice en abscisses. Sur les diagrammes des figures 1 et 2, sont tracées des courbes 11, 12, 13 de puissance consommée par l'hélice en fonction de sa vitesse angulaire en cas de différentes résistances à l'avancement. La référence 11 représente la courbe caractéristique de l'hélice par beau temps avec peu de lest, 12 représente la courbe caractéristique de l'hélice dans des conditions normales de service et 13 la courbe caractéristique de l'hélice lors d'un remorquage. La courbe caractéristique de puissance motrice 14 pour l'entraînement de l'hélice par un moteur Diesel et la caractéristique 15 depuissan- ce motrice pour l'entraînement de l'hélice par deux moteurs Diesel selon la conception usuelle sont également tracées sur la figure 1.La somme des puissances continues maximales des deux moteurs est associée à la courbe caractéristique de l'hélice pour des conditions moyennes de service (point 16). Lors de la mise hors service d'un moteur dans la plage des vitesses moyennes, il se produit aux points 17 et 18 une forte diminution de la vitesse angulaire du moteur avec la courbe caractéristique de puissance 14. Mais, même avec deux moteurs, seule une marche avec des moteurs dont la vitesse angulaire est réduite (point 19) est possible lors d'un remorquage (courbe caractéristique d'hélice 13). Par contre, par beau temps avec un lest peu important (courbe caractéristique d'hélice 11), la puissance des deux moteurs est diminuée par le régulateur (point 20). Par conséquent, la puissance totale des deux moteurs ne peut être utilisée qu'au point 16. Outre les courbes caractéristiques d'hélice 11, 12, 13, la courbe caractéristique de puissance motrice 21 pour l'entraînement de l'hélice avec un moteur Diesel et la co-urbe caractéristique 22 pour l'entraînement de l'hélice par deux moteurs Diesel, selon le concept de l'invention, sont tracées sur la figure 2. Dans cette forme de réalisation, l'hélice consomme, dans des conditions de service normales et avec un entraînement par un moteur Diesel utilisé dans la plage des vitesses comprise entre zéro et les vitesses moyennes, la puissance continue maximale de celui-ci avec injection d'une quantité maximale de carburant et, en outre, avec une vitesse angulaire ne dépassant pas la valeur maximale admis sible (point 23).Pour la marche avec deux moteurs, les vitesses angulaires maximales de l'hélice dans la plage des vitesses les plus élevées sont atteintes par un accroissement des vitesses angulaires des moteurs sans dépassement de leur puissance continue maximale avec une diminution correspondante de la quantité de carburant injectée (point 24, 25 ou 26). La figure 3 illustre un système de propulsion pour -bateaux à moteur auquel l'invention peut s'appliquer. De manière connue, deux moteurs Diesel 30 et 31 entraînent une hélice 37 du bateau, par l'intermédiaire d'un organe d'accouplement 32 ou 33 et d'une paire de roues dentées 34, 36 ou 35, 36, respectivement. Ces roues dentées sont montées dans un mécanisme central de transmission 38. La puissance fournie par un seul moteur d'entraînement est suffisante pour obtenir des vitesses petites ou moyennes du bateau. L'autre moteur peut être désaccouplé et mis à l'arrêt en débrayant l'organe d'accouplement correspondant. Pour appliquer l'invention à un tel système de propulsion afin d'obtenir les courbes caractéristiques de la figure 2, il est nécessaire de lier l'arbre d'entraînement d'un des moteurs Diesel au mécanisme de transmission selon l'invention, avec le réglage qui convient. Par exemple, la vitesse angulaire de l'hélice étant de 500 t/min à la puissance maximale (points 16 sur la figure 1 et 25 sur la figure 2) et dans des conditions normales de fonctionnement (courbe 12), et la vitesse angulaire maximale admissible du moteur atteignant 1500 t/min.Lorsque l'injection de carburant est maximale, le rapport de démultiplication nécessaire conformément à la réalisation classique selon la figure 1 s'énonce comme suit i = 1500 : 500 = 3,0 Selon le concept de l'invention dont le résultat est illustré sur la figure 2, la vitesse angulaire du moteur doit déjà atteindre 1500 t/min pour une vitesse angulaire de l'hélice correspondant au point 23. Lors du fonctionnement avec deux moteurs, la vitesse angulaire des moteurs au point 25 doit être en conséquence supérieure et atteindre par exemple 1800 t/min. I1 en résulte le rapport de démultiplication suivant i = 1800 : 500 = 3,6. I1 est à noter qu'au lieu de modifier seul le rapport de démultiplication, on peut également utiliser une hélice ayant d'autres caractéristiques (pas, diamètre, puissance consommée) ou une hélice à caractéristiques variables. Jusqu'à présent, le régulateur classique provoquait un très fort déséquilibre de l'alimentation en carburant (figure 1) des deux moteurs, de telle sorte que le débit pouvait s'approcher de zéro lorsqu'une certaine vitesse angulaire aux environs de 1500 t/min. était atteinte. Selon le concept de l'invention (figure 2), le régulateur doit, à partir de 1500 t/min. (point 23), provoquer une diminution du débit permettant d'obtenir une puissance constante. Ce n'est qu'à des vitesses angulaires beaucoup plus grandes (environ 2000 t/min. dans l'exemple considéré) qu'a lieu le réglage définitif. La figure 4 illustre schématiquement le mécanisme selon le brevet principal et qui joue le rôle de régulateur destiné, selon l'invention, à influencer chaque moteur à combustion interne. L'arbre 40 de ce mécanisme est entraîné par l'arbre de sortie de l'un des moteurs par exemple le moteur 30, et ses masses 41 règlent la position de sa tige (ou manchon) 42, à l'encontre de l'action exercée par son ressort 43. La compression préalable de ce ressort 43 est variable, afin de déterminer différences vitesses angulaires de consigne au moyenne'un levier 44 de valeur de consigne. Le manchon 42 déplace, par l'intermédiaire d'un levier 45, l'ensemble de réglage d'une pompe d'injection 49, cet ensemble comprenant deux tiges 47 et 48 entre lesquels est intercalé un organe élastique 46. Grâce à une butée 50 solidaire de cet organe 46, le levier 44 peut agir sur la tige 47 de l'en- semble de réglage. Le levier 44 de valeur de consigne est représenté dans trois positions Entre les positions 51 (en trait plein), correspondant à la vitesse au ralenti, et 52 (en trait mixte) correspondant à une vitesse angulaire moyenne (point 23 de la figure 2), ce levier 44 n'exerce aucune influence sur la position occupée par l'ensemble de réglage. La pompe d'injection 49 est commandée de manière classique par cet ensemble. Pendant ce temps, chacun des autres moteurs (par exemple 31 sur la figure 3) est débrayé (en 33) et même arrêté. Pour une vitesse angulaire de consigne plus grande, entre la position 52 et la position 53 (pointillé), le levier 44 exerce cependant, sur l'organe élastique 46 et la tige 47 de l'ensemble de réglage, par l'intermédiaire de la butée 50, une pression croissante qui l'éloigne de la position correspondant à la pleine charge, ce qui diminue le débit. Cela a lieu à l'encontre de la position de la tige 42 du régulateur, grâce à la présence de l'organe élastique 46. Le système de propulsion pour bateau à moteur peut être conçu de telle sorte que, entre les positions 51 et 52 du levier 44 de valeur de consigne, seul un moteur soit en service. Dans la position 52 de ce levier, le second moteur est sollicité et, entre les positions 52 et 53, le système fonctionne avec les deux moteurs illustrés à la figure 3. Toutefois, il est évident que l'organe élastique 46 peut être lié à un système simple de mise en marche progressive de plusieurs moteurs Diesel au fur et à mesure de son déplacement de gauche à droite en observant la figure 4, selon le principe décrit pour les deux moteurs illustrés. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre indicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATION Application du mécanisme selon la revendication du brevet principal, à la réalisation d'un système de propulsion pour bateaux équipés d'une hélice unique et de deux ou plusieurs moteurs Diesel qui peuvent être chacun débrayé indépendamment de l'arbre d'entrainement de l'hélice motrice, de façon que la propulsion entre une plage de vitesse de déplacement du bateau allant de zéro aux vitesses les plus élevées puisse être assurée par un ou plusieurs jusqu'à la totalité des moteurs, application caractérisée en ce que ledit mécanisme est relié à l'arbre d'entraînement (40) d'un des moteurs (30) et l'organe élastique (46) de son ensemble de réglage (46, 47, 48) est réglé en position, en fonction des paramètres de l'hélice et la démultiplication de la transmission entre moteurs et hélice, de façon que, dans des conditions normales de service et avec un entraînement par un moteur Diesel dans une plage de faibles vitesses, l'hélice consomme une puissance continue maximale pour une quantité maximale de carburant injectée et donc pour la vitesse angulaire maximale admissible du moteur, et en cas de fonctionnement avec tous les moteurs, les vitesses angulaires les plus élevées de l'hélice dans le domaine des vitesses supérieures du bateau sont atteintes par un accroissement des vitesses angulaires des moteurs sans dépasser leur puissance continue maximale, avec une réduction correspondante de la quantité de carburant injectée, le déplacement de l'organe élastique (46) entraînant, progressivement, l'entrée en service d'un moteur supplémentaire (31) dès que la vitesse de déplacement voulue du bateau ne peut plus être maintenue par le ou les moteurs déjà en service, et assurant progressivement la mise hors service du ou des moteurs supplémentaires dans la situation inverse.