Brevet FR2509795A1 — publié le 19830121

La présente invention se rapporte à un régulateur centrifuge, notamment destiné à des moteurs à combustion inter- ne, comprenant un organe d'entra nement et plusieurs masselot- tes centrifuges qui, pendant l'entrafnement en rotation, décri- vent une course de déplacement radiale correspondant au nombre de tours, en surmontant une force de rappel, cette course ra- diale étant transformée en une course de réglage axiale et trans- mise à l'organe à commander. Dans les régulateurs de ce type qui sont déjà con- nus, la course de déplacement axiale, qui est liée à la vites- se de rotation suivant un diagramme, varie suivant une ligne caractéristique qui constitue dans la plupart des cas une pa- rabole quadratique croissant avec une pente raide dans la ré- gion des grandes vitesses de rotation Dans la région des bas- ses vitesses de rotation, une différence de course axiale donne donc une plus grande différence de vitesse de rotation que la même différence de course aux grandes vitesses de rotation. Aux basses vitesses de rotation, les régulateurs déjà connus possèdent donc un taux de variation beaucoup plus grand (par exemple 20 Fo) qu'aux grandes vitesses de rotation (par exemple %) Toutefois ceci signifie que, dans le cas des régulateurs de ce genre, on doit procéder à des réglages adaptatifs labo- rieux lorsque, en présence de cas d'exploitation différents, ce qui se présente fréquemment avec les moteurs à combustion interne, les régulateurs doivent être utilisés pour différen- tes vitesses nominales (vitesse de rotation à la charge maxi- male du moteur) mais doivent cependant présenter des taux de variation à peu près identiques pour des raisons de fonction- nement connues En effet, ces réglages exigent un grand nombre de pièces détachées différentes (masselottes de poids diffé- rents, ressorts de rappel différents, entre autres), ce qui grève d'une façon très défavorable la fabrication, la tenue de stock des pièces et également le montage. Par ailleurs, les régulateurs déjà connus exigent des dispositifs compliqués pour transformer le déplacement ra- dial de chaque masselotte en une course de réglage axiale de l'organe de commande Ceci augmente encore la complexité de la construction et les coûts de fabrication. Le but de l'invention est d'éliminer ces inconvé- nients des types de régulateurs déjà connus et de créer un ré- gulateur qui soit d'une construction très simple et, en outre, possède une caractéristique de réglage qui présente le même ou presque le même taux de variation dans la région des basses vitesses de rotation que dans celle des hautes vitesses de ro- tation Suivant l'invention, ce problème est résolu par l'uti- lisation d'un élément de liaison unique qui entoure symétrique- ment ltaxe de rotation et peut fléchir élastiquement, élément de liaison qui est couplé en rotation, d'une part à l'élément d'entraînement et, d'autre part, à toutes les masselottes, et qui, lors de l'entra nement en rotation, transforme par sa pro- pre flexion élastique la course de déplacement radiale des mas- selottes centrifuges en une course de réglage axiale qui est ensuite transmise à l'organe de commande Un élément de liaison disposé de cette façon et agissant élastiquement de cette fa- çon donne à l'appareil une caractéristique vitesse de rotation- course qui présente une allure linéaire également dans le do- maine des grandes vitesses de rotation et assure de cette fa- çon une constance suffisante du taux de variation. On obtient une forme de réalisation avantageuse pour la fabrication et le montage lorsque, suivant une caracté- ristique particulière de l'invention, l'élément de liaison est réalisé sous la forme d'une lamelle métallique allongée, plate. et symétrique par rapport à son plan médian, cette lamelle é- tant fixée à l'organe a'entraenement par ses deux extrémités lors du montage après avoir été recourbée en forme de "O"t et, dans cette configuration, maintenant les masselottes centri- fuges dans sa région dirigée vers l'axe de rotation, cependant que la région de la courbure de la lamelle qui est la plus é- loignée de l'organe d'entrainement transmet la course de ré- glage axiale pour l'organe de commande. Il est possible de supprimer le ressort spéciale- ment prévu pour jouer le rôle de force de rappel lorsque, sui- vant une autre caractéristique de l'invention, l'élasticité de la lamelle est calculée de manière qu'elle assure également elle-même, après courbure en forme de " O ", la force de rappel antagoniste à l'action des masselottes centrifuges du régula- teur. Dans les régulateurs, le déplacement radial des masselottes centrifuges est fréquemment transmis à un organe intermédiaire mobile en translation parallèlement à l'axe de rotation, par exemple réalisé sous la forme d'un manchon mobi- le dont la translation est transmise à l'organe de commande en qualité de mouvement de réglage Suivant l'invention, un tel organe intermédiaire peut être relié solidairement à la lamelle dans la région de la courbure de celle-ci Toutefois, il est également possible de faire coopérer directement la région de la courbure de la lamelle avec l'organe de commande, ce qui rend l'organe intermédiaire absolument superflu. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaltront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, les Fig 1 et 2 représentent, respectivement en élévation et en coupe suivant la ligne IIII de la Fig 1, un premier mode de construction d'un régulateur suivant l'inven- tion équipé d'une lamelle métallique élastique; la Fig 3 montre la lamelle utilisée dans ce cas, déroulée à plat à l'état détendu; les Fig 4 à 6 représentent un deuxième mode de construction suivant l'invention comportant une lamelle diffé- rente, par des représentations analogues; la Fig 7 montre une caractéristique vitesse de rotation-course d'un régulateur déjà connu, comparativement à la caractéristique du type de régulateur suivant l'invention. La forme de réalisation représentée sur les Fig. 1 à 3 est un régulateur centrifuge qui est utili 4 é de préféren- ce pour la régulation du débit d'injection de carburant d'une pompe à injection de carburant utilisée sur un moteur à combus- tion interne Il est prévu un arbre d'entraînement 10 qui est monté en position fixe et est entrainé en rotation par le méca- nisme de commande du moteur à combustion interne L'arbre 10 présente une collerette 10 a et un bout d'arbre l Ob qui sert de guidage pour un manchon de réglage 12 mobile en translation axiale La position axiale du manchon 12 est prise par un le- vier de transmission à ceux bras 16 articulé en 14, à l'extré- mité 16 a de ce levier, et transmise à l'organe de réglage du débit de la pompe à injection d'une façon connue par l'autre extrémité, non représentée, de ce levier Ici, le manchon 12 coopère avec un ressort de rappel cylindrique 18 qui entoure le bout d'arbre l Ob et est intercalé entre l'organe d'entraîne- ment 10 et le manchon 12. Le déplacement axial du manchon 12 doit se produi- re en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et, par conséquent, de l'arbre d'entratnement 10 A cet effet, on utilise un régulateur centrifuge qui possède dans le cas représenté deux masselottes centrifuges 20 Pour la trans- mission du mouvement de rotation de l'organe d'entra nement 10 aux masselottes 20 et pour la transmission du mouvement de dé- placement radial des deux masselottes au manchon 12, il est prévu un élément de liaison unique qui, suivant l'invention, est réalisé sous la forme d'une mince lamelle métallique 22 possédant la forme représentée sur la Fig 3 et faite d'une ma- tière présentant la résistance mécanique et l'élasticité ap- propriées, par exemple d'un feuillard d'acier à ressorts La lamelle 22 possède ici une forme symétrique par rapport à son plan médian M Ses deux extrémités 22 a et 22 aa sont en forme de fourche et présentent des ouvertures 22 b et 22 bb destinées à recevoir des moyens de fixation qui seront indiqués plus loin. Une ouverture centrale 22 z sert de passage pour le bout d'ar- bre l Ob de l'arbre d'entrainement 10 Dans chacune des régions- de la lamelle 22 qui se trouvent entre l'ouverture 22 z et les extrémités 22 a ou 22 aa, sont prévues des ouvertures 22 c et 22 d d'une part, 22 cc et 22 dd d'autre part, chaque jeu d'ouvertures étant destiné à la fixation de l'une des masselottes 20 Dans la région médiane, la lamelle 22 présente encore des ouvertures 22 e qui servent à assembler la lamelle à la périphérie 12 a en forme de collerette du manchon 12. Lors du montage, on fixe les deux masselottes 20 à la lamelle 22 à l'aide de vis 24 qui traversent les ouvertu- res 22 c et 22 cc, et on bloque ces masselottes dans leur posi- tion de fixation à l'aide ce goupilles 26 Les goupilles 26 sont enfilées à travers les ouvertures 22 d pour une masselotte et 22 dd Dour l'autre Ensuite, on recourbe la lamelle 22 en forme de "O", et on la fixe par ses deux extrémités 22 a et 22 aa à la collerette l Oa ae l'arbre d'entraînement 10 au moyen de vis 28 et de rondelles 30 Les vis traversent alors les ouver- tures 22 b, 22 bb de la lamelle 22 Maintenant, on emmanche le ressort de rappel 18 jusqu'à ce qu'il soit appuyé contre la collerette l Oa de l'arbre 10 Finalement, on met le manchon 12 en place sur le bout d'arbre lob et on relie sa collerette 12 a à la région de la courbure de la lamelle 22 à l'aide de deux rivets 32 et de rondelles 34 Ici, les rivets traversent les ouvertures 22 e de la lamelle 22 Sur les Fig 1 et 2, la lamel- le est représentée dans l'état monté, o elle est prête pour le fonctionnement du régulateur. La résistance mécanique et l'élasticité de la la- melle 22 doivent être suffisamment grandes pour que la lamelle transmette avec certitude le mouvement de rotation de l'arbre d'entrafnement 10 aux deux masselottes 20 et transforme le mou- vement radial des masselottes en un déplacement axial du manchon 12 C'est pourquoi on choisit comme matière pour la lamelle un feuillard d'acier à ressorts d'une épaisseur d'environ 0,1 mm. Toutefois, on peut encore utiliser une autre matière, par exem- ple une matière plastique qui possède les propriétés qui vien- nent d'être mentionnées. Il convient encore de remarquer à ce point que, à la différence du mode de construction qui vient d'être décrit, les extrémités 22 a, 22 aa de la lamelle 22 pourraient être fi- xées au manchon 12 De même, les masselottes 20 pourraient être fixées à la face externe de la lamelle 22, Une deuxième forme de réalisation du régulateur suivant l'invention est représentée sur les Fig 4 à 6 Elle se distingue de la première forme de réalisation par le fait que, dans cette deuxième construction, le manchon mobile in- tercalé (tel que le manchon 12) est supprimé et que la région de courbure 122 a de la lamelle 122 coopère directement avec l'une des extrémités 116 a d'un levier de transmission 116 La lamelle 122 présente alors la forme représentée sur la Fig 6, dans laquelle on a conservé pour le reste une configuration identique à celle de la lamelle 22 du premier mode de construc- tion Les mêmes éléments sont donc désignés par les mêmes chif- fres de référence. Dans le deuxième mode de construction, l'épaisseur de section de la lamelle 122 est choisie (environ 0,2 à 0,3 mm) de manière que la lamelle exerce également la force de rappel qui est antagoniste à la force centrifuge des masselottes De cette façon, on peut se dispenser d'un ressort de rappel spé- cial (tel que le ressort 18 de la première construction)* Sur les Fig 1 et 2 de même que sur les Fig 4 et , le régulateur est représenté en position de repos Dès que le moteur à combustion interne est mis en marche et que sa vi- tesse de rotation croit, le régulateur est également mis en mouvement avec une vitesse de rotation croissante Les deux masselottes 20 sont alors repoussées radialement vers l'exté- rieur sous lteffet de la force centrifuge, la lamelle 22 ou 122 recourbée en " O " étant resserrée sur elle-même à ses extrémi- tés L'angle de flexion ' de la lamelle devient donc de plus en plus petit avec l'accroissement de la vitesse de rotation. Lors du déplacement radial des masselottes 20, le manchon 12 est ainsi attiré vers la gauche (sur les Fig 1 et 4) par la lamelle, et ce déplacement axial du manchon 12 est transmis par le levier de transmission 16 ou 116 à l'organe de commande porté par la pompe d'injection. Sur la Fig 7, on a représenté la caractéristique de réglage d'un régulateur ayant une construction suivant l'in- vention comparativement à celle d'un régulateur déjà connu. Ici, on a indiqué sur l'axe vertical la course axiale S (mm) en fonction de la vitesse de rotation N (t/mn) portée sur l'axe horizontal La courbe K reorésente la caractéristique vitesse e de rotation-course du régulateur suivant l'invention, tandis que celle du mode de construction déjà connu est désignée par Kb (Le mode de construction supposé connu peut être constitué par exemple, par un régulateur comportant plusieurs billes qui jouent le rôle de masselottes et qui, lors de leur déplacement radial, exercent une pression contre une surface oblique du manchon mobile et, de cette façon, imposent un déplacement axial à ce manchon). Il est facile de reconnaître que la courbe Ki re- présente une parabole quadratique qui cro t fortement dans la région des grandes vitesses de rotation et dont la formule est s =f(n) C-e N C ou S représente la course axiale de réglage N représente la vitesse de rotation du régu- lateur C représente la constante du régulateur (masses, bras de levier, ressorts, etc) Aux basses vitesses de rotation, il se produira un accroissement de course A s' pour un accroissement de vites- se de rotation A nt, par exemple, dans le cas représentés E ni = 1800-1500 = 300, ce qui correspond à un taux de varia- tion de 20 r% Au contraire, dans la région des grandes vites- ses de rotation, le même accroissement de course A s' est obtenu pour un accroissement de vitesse de rotation A N 2 ( 3150-3000 = 150) Dans cette région, le taux de variation du régulateur déjà connu n'est donc que de 5 r 3 Or, la grande dif- férence de taux de variation du régulateur déjà connu (ou l'on passe de 20 %o à 5 %o) est très désavantageuse, en particulier dans le cas des moteurs à combustion interne, pour les raisons qui ont déjà été énoncées au début. La caractéristique du régulateur suivant l'inven- tion se traduit par la formule s = f(n) f(") C N tg i C o S représente la course de réglage axiale n représente la vitesse de rotation du régulateur C représente la constante du régulateur c 4 représente l'angle de flexion de la lamelle (voir Fig l). Avec cette caractéristique, pour les basses vites- ses de rotation, un accroissement de vitesse de rotation An ( 15735-1500 = 75), qui correspond à un taux de variation de 5 %, conne un accroissement de course s Dans les régions élevées de la vitesse de rotation, il s'établit le même accroissement de course pour un accroissement de vitesse de rotation /\ N 2 ( 3150-3000 = 150), ce qui donne le même taux de variation de 5 % qu'aux basses vitesses de rotation. Le régulateur réalisé conformément à l'invention présente donc un taux de variation constant ou approximativement constant dans toutes les plages de vitesses de rotation Il peut donc être utilisé pratiquement pour toutes les Vitesses de ro- tation nominales (vitesses de rotation pour la charge maximale du moteur) sans nécessiter aucune adaptation, c'est-à-dire sans nécessiter de remplacement de pièces de sa construction Ce ré- gulateur peut être utilisé sans adaptation dans de larges do- maines d'utilisation. Finalement, il convient d'indiquer en conclusion que l'on pourrait réaliser l'élément de liaison entre l'arbre d'entraînement, les masselottes et le manchon de commande sous la forme d'une manchettecylindrique qui devrait être réalisée en caoutchouc ou en une matière analogue pouvant se déformer élastiquement par flexion. R E V E N D ICAT I O N S 1 Régulateur centrifuge, notamment pour moteurs à combustion interne, comprenant un organe d'entrainement et plusieurs masselottes centrifuges qui, pendant l'entraînement en rotation, décrivent une course de déplacement radiale cor- respondant à la vitesse de rotation en surmontant une force de rappel, cette course de déplacement radiale étant transformée en une course de réglage axiale et transmise à l'organe à com- mander, ce régulateur centrifuge étant caractérisé en ce qu'il 0 comprend un élément de liaison unique ( 22: 122) qui entoure l'axe de rotation symétriquement et peut se déformer élastique- ment par flexion, cet élément de liaison étant couplé en rota- tion, d'une part à l'organe d'entrainement ( 10) et d'autre part à toutes J Us masselottes ( 20) et, lors de l'entraînement en ro- tation, transformant par sa propre flexion élastique la course de déplacement radiale des masselottes en une course de régla- ge axiale agissant sur l'organe de commande ( 16; 116). 2 Régulateur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que ltélément de liaison est réalisé sous la for- me d'une lamelle métallique ( 22; 122) de forme allongée, plate et symétrique par rapport à son plan médian (M 1), et en ce que, lors du montage, cette lamelle a été fixée à l'organe de com- mande ( 10, 10 a) par ses deux extrémités ( 22 a, 22 aa; 122 a, 122 aa) après avoir été recourbée en forme de " O ", et, dans cet- te configuration, maintient les masselottes ( 20) dans sa-ré- gion dirigée vers l'axe de rotation tandis que la région de la courbure de la lamelle qui est la plus éloignée de l'organe d'entraînement transmet la course de réglage axiale de l'organe de commande ( 16, 116). 3 Régulateur suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que l'élasticité de la lamelle ( 122) est choisie de manière que, après avoir été recourbée en forme de "t Of", elle développe également la force de rappel antagoniste à l'action des masselottes centrifuges ( 20). 4 Régulateur centrifuge suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la région de la courbure de la lamelle ( 22) est reliée à un élément intermédiaire ( 12) mobile en trans- lation axiale qui agit sur l'organe de commande ( 16). Régulateur suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que la r 6 gion de la courbure ( 1222) de la lamel- le ( 122) coopère directement avec l'organe de commande ( 116).