ÉTUDE ORGANIQUE

à la manivelle motrice, est tel, que les positions E, E, E, E, correspondent à M,M, M. M,; l'angle E,OM„ est égal à 43".

Ainsi, pendant la première courge directe du piston (aspiration du mélange), le mouvement du tiroir consiste en un déplacement ab — ba, correspondant à l'arc E,E, décrit par la manivelle de commande; nous supposons que l'obliquité de la bielle est négligeable.

Fig. 57 FiB. 58

La figure 38 représente le tiroir dans la position E^ou E,, c'est-à-dire au commencement ou à la fin de l'aspiration. Pour les points intermédiaires, le tiroir est reporté à gauche de la position considérée d'une quantité qui atteint au maximum ab, ouverture de la lumière .

L'air entre parla poche F, ménagée dans la culasse du cylindre; le gaz pénètre par la poche G de la contre-plaqué, et passe dans le canal du tiroir par une rangée verticale de petites ouvertures circulaires g. Le gaz n'entre toutefois dans la poche G qu'après avoir franchi la soupape régulatrice.

Pendant la course rétrograde du piston, qui est la période de compression, le tiroir se déplace vers la droite de la quantité ac; il maintient constamment fermée la lumière du cylindre, en même temps qu'il prépare l'allumage ; à cet effet, il renferme une chambre L, qui le traverse de part en part, comme on le voit dans la section transversale; cette chambre renferme du gaz enflammé qui, au moment où la manivelle est en M, (tiroir en c), vient en regard de la lumière du cylindre, et produit l'allumage ; la face arrière du tiroir est en ce moment recouverte par les parties pleines de la contre-plaque (fig. B9); l'explosion se produit pendant la course M,M„ qui fait parcourir au tiroir le chemin cd,dc.

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IGd MOTEURS A GAZ

Pendant la quatrième course du piston, a lieu l'expulsion des gaz brûlé»; nous avons vu qu'une soupape d'échappement, actionnée par une came, est chargée de cette fonction spéciale, pour laquelle le tiroir n'intervient aucunement.

7 11 nous reste à expliquer comment la chambre L, que nous avons trouvée remplie de flamme, s'alimente de gaz et s'allume. Or, cette chambre reçoit le gaz par le petit canal m, qui se trouve en commu- ^'' ^' nicalion avec une prise spéciale. Le gaz est

amené à cette prise et au brûleur B au moyen d'un tuyau à deux branches. Ainsi, la cliambre L, dans son mouvement ab, ba, se rempUt de gaz qui, au passage devant le brûleur logé dans la contre-plaque, s'allume, et fonne une flamme transportée avec le tiroir devant la lumière du cylindre. Au moment où la poche L passe devant le brûleur, elle communique, pendant un court instant, avec l'air atmosphérique, condition nécessaire pour que la flamme puisse se produire, el que les gaz brûlés puissent s'échapper plus au moins au retour.

Une précaution est encore nécessaire : la cliarge du cylindre, comprimée au moment de l'allumage, éteindrait la flamme qui se trouve dans la chambre dont la pression est inférieure; on évite cet effet en mettant la ciiambre L en communication avec le cylindre au moyen d'un très petit canal, visible dans la figure 59, ce qui établit progressivement l'équilibre.

La mise en train du moteur doit se faire à bras d'hommes ; on supprime la compression (qui demanderait un effort considérable) en soulevant la soupape d'échappement pendant la deuxième phase, ce qui se fait généralement en déplaçant la came d'échappement, qui présente deux bosses sur une partie de sa longueur. On remet cette came en place lorsque la machine a fait quelques tours et dépasse facilement tes points morts (';.

107. — Le cycle à quatre temps, pour s'accomplir dans un seul cylindre, exige que l'on ménage, au fond de ce récipient, un espace libre, non parcouru par le piston, dans lequel le mélange peut être confiné après la compression.

1. Il existe un grand nombre de disposilions spéciales pour facililer ta mise en train qui, dans les gros moteurs, serait tort pénible. Voir les ti'aités spéciaux, el Engineering, 1891, î' sem,, p. 241.

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ÉTDDB ORGANmUE 167

Dans la construction allemande, l'espace libre est environ les 0,60 du volume déplacé par le piston (Slaby) ; cette fraction était égale à 0,612 dans un moteur Otto américain, expérimenté par Brooks et Steward ; elle descend jusqu'à 0,40 dans les moteurs Otto construits par Crossley (Kennedy); la compression est donc beaucoup plus forte dans ces derniers moteurs {').

Lapjésence, au fond du cylindre, de cet espace libre, ou chambre de compression, a pour effet de rendre incomplète, pendant la quatrième course, l'expulsion des gaz brûlés; une partie de ces gaz remplit en effet l'espace supplémentaire qui se trouve derrière le piston, et s'incorpore dans la charge nouvelle. Le mélange directement en contact avec le piston est donc le moins riche ; celui qui vient ensuite renferme une assez forte proportion d'air, ce qui s'obtient en donnant un léger retard à l'ouverture à la soupape d'admission du gaz; la partie de la charge qui vient en dernier lieu est la plus riche.

Cette composition de la charge appartient à Otto, qui attribue à cette stratification une grande importance; nous avons dit, en effet, que l'on a intérêt à employer des mélanges pauvres (99); la dilution est produite ici, en grande partie, par les gaz brûlés de l'espace nuisible; mais il devient nécessaire, pour faire détoner un pareil mélange, de projeter une flamme puissante dans la masse; le mélange riche admis vers la fin de la course favoriserait cette projection. Lorsqu'on essaye de produire l'allumage ailleurs qu'au centre et dans l'axe du cylindre, la courbe d'indicateur, au lieu d'affecter la forme normale des diagrammes du moteur Otto (fig. 60), s'abaisse et prend une allure couchée, ce qui est l'indice d'une combustion ralentie ; ce genre de combustion apour effet d'augmenter la perte de chaleur à l'échappement dans des proportions trèsnotables.

L'effet de la stratification de la charge, imaginée à l'origine pour obtenir une explosion moins brisante (*) (jne celle donnée par la composition théorique, tout en permettant l'inflammation d'un mélange relativement pauvre, a été contesté; il ne semble pas, dans tous les cas, avoir

1. Dans Je moteur Root (Engineering, tSâS, 2* sem., p. t6T>, la compression est beaucoup plus forte encore,

S, Le moteur Otto succédait & celui à piston libre d'Otto et Langen, où l'on n'avait pas à redouter l'effet de la pression sur les organes mobiles, comme dans les machines b. bielle; en outre, la compression initiale augmente encore la pression d'explosion des machines du deuxième genre; on s'explique, par conséquent, que l'une des préoccupations de l'inventeur ait été d'adoucir l'explosion, par un etTet qui la fait ressembler à une combustion encore très rapide, mais non instantanée. Cet elTet a été appelé « nachbrennen ».

D,3,l,zedb,G00gle

168 HOTEUnS A CAZ

une très grande importance, mais il résulte des discussions qui ont eu lieu à ce sujet, qu'il convient d'allumer la charge au centre et dans l'axe du cylindre, et non sur le côté,

La compression initiale, qui caractérise les machines du deuxième et (lu troisième genre, n'est pas seulement avantageuse au point do vue du cycle; elle a un effet direct sur l'explosion; c'est grâce à ta compression que l'on parvient à enflammer des gaz plus pauvres dans les machines à compression plulât que dans les autres.

La compositiondu mélange admis, qu'il ne faut pas confondre avec celle dumélange aprèscompressiondansle cylindre, estjd'aprèslesexpériences plusieurs fois, citées de M. Kennedy, de 1 volume de gaz pour 9,S0 volumes d'air (').

108. — BésuUats d'expérience — L'interprétation théorique donnée au n° 102, (2°), pour un mélange au dixième, avec compression à S atmosphères absolues, fournirait un rendement calorifique de 46 JK environ (mesure planimétrique); or, les résultats les plus beaux obtenus au moyen du cycle Otto correspondent à 545 litres environ par cheval indiqué par heure (Kennedy), non compris le gaz d'allumage; le gaz avait une puissance calorifique de 5.600 calories environ par mètre cube, ou 3.000 calories pour la quantité dépensée dans une heure, et qui a pro- - duit 270.000 kilogrammètres. Chaque calorie a donc fourni 90 Mlogrammètres, alors que le cycle théorique aurait dû donner :

0,46 X 425 = 195 kilogrammâtne.

Le coefficient exprimant la perfection avec laquelle le cycle théorique est pratiquement réa'isé, est donc :

1. La machine essayée était ud spécimen de la oonstruotion anglaise de Crossley, comportant une Torie coupresaion initiale |5 atmosphères absolues, environ). D'autres essais, faits simultanément sur divers moteurs, ont donné ;

Uotear AtkinsoD. .... 1 volume de gaz pour 9.SS d'air ■ QriSin 1 > > 12.36 »

Duia un essai de ce dernier moteur, fait a Kilraarnock, par le même expértmentsteur, le volume d'air s'élevait & U,S3; les diagrammes étaient néanmoins fort beaux avec 3 '/, atmosphères absol ues de compression ; mais, dans oe moteur, on expulse complètement les résidus. '

ÉTUDE ORGAtiiaUB 169

c'est-à-dire qu'une fraotion, un peu supérieure à la moitié de la chaleur utilisable, est perdue par l'eSTet de la détente incomplète, de l'imperfection ou du retard de la combustion, et par l'effet de la paroi.

Le rendement du cycle de Carnot, entre les températures extrêmes réalisées dans le cycle théorique (LdOO* et 300° absolus), eut été :

La chaleur formée par la combustion du gaz étant représentée par 1, on peut dresser la tableau suivant :

!|TTtiliBabIeparle cy- 1 ( tement i&Iiié -.(TMI P.rt. J 1. „an» P.* à 1. «..rc jp,^^, ,

inféTienra . . . O'.ICt uuenenre : . .VM'

Le seul moyen de réduire l'écart entre les chaleurs utilisables, 0 c. 84 et 0.46, serait d'employer un régénérateur; quant à l'écart entre les chiffres 0 c. 46 et 0 c. 21, on peut espérer le réduire en augmentant la détente; en un mot, la différence entre les chiffres des deux premières colonnes tient aux défauts du cycle à compression avec explosion à volume constant; les différences entre las deux dernières colonnes accusent les défauts provenant de ce que le cycle actif, tout imparfait qu'il est, n'est pas bien réalisé. Enfin, il. y aurait encore lieu de comparer, à la chaleur dépensée, le travail reçu, non pas par le piston, mais par l'arbre ; dans le chiffre ainsi obtenu, s'exercerait l'influence du rendemetU organique de la machine, qui, à pleine charge, a été trouvé de 0,86.

La chaleur communiquée à la machine peut encore être partagée suivant les indications du tableau suivant, qui n'est qu'une autre forme du premier :

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tëeàUst 1 calorie.

no MOTEURS A fiAZ

Ghalenr transformée en traTÙl sur le

piston: (^M

Travail aur l'arbre: 0.21X0.86=0,18 Résistances passives : 0.03

Total. . 0,21 I Chaleur perdue parce que le cycle 1

*ïfr""!l™! / hypothétique est mal accompU: . 0",25 1 Perte totale de 1 Chalenr perdne pan» qne le cycle f chaleur par les

hypothétique n'est pas un cjole de \ gaz d'écfaappe-

rendement maximum: .... 0*,S8 f ment, l'ean de I Chalenr nécessairement perdne an \ cironlaUonetle

réfrigérant par le cycle ilc ronde- i rayonnement:

ment maximum : . . . . . Q°,16 ' 0',79

Total .... l'.OO 109. — Effet des parois. — U serait facile, coonaissant le diagramme moyen du travail pour un essai de quelque durée, pendant lequel la charge de la machine est tenue aussi uniforme que possible, de le transformer en un diagramme enlropique ; nous avons fait cette opération pour le diagramme de l'essai de M. Kennedy sur le moteur Crossley; le compte rendu de cet essai est très détaillé, et renferme tous les renseignements nécessaires pour un pareil calcul.

Le gaz avait très approximativement la composition de celui qui nous a servi à l'étude de l'explosion du n° 96. La charge comprenait 1 volume de gaz pour 9,80 volumes d'air (ou en poids : 1 de gaz pour 24,2d'air) et pesait Okil. 0247 ; d'après la composition des produits brûlés, on trouve facilement le poids des résidus qui remplissent l'espace nuisible, ou la chambre de compression, après la quatrième phase du cycle ('). On peut établir ainsi que la charge est composée de la manière suivante, pour une température qui ne diffère pas beaucoup de 100" centigrades :

Résidus de l'espaco ntiisii:.] 0*,0065 (poids calculé) '

Mélange explosif , . 0^,0247 (poids mesuré)

La température, au moment du mélange, sera supposée de 100° cen> ligrades ; nous admettrons aussi que la charge nouvelle s'échauflfe pen-

I. Ces résidus comprennent une certaine quantité de vapeur d'eau, & moins

que la température ne soit assez basse pour la condenser sur les parois de la chambre, auquel cas il faudrait tenir compte de cette eau pour anaJj'ser le phéiiomâne de la compression. CeUe condensation ne se produit pas, car la présence de l'eau à i'état de vapeur n'est pas doiiteuse dans l'échappement des machines & gaz; aprës un long' parcours dans les tuyaux d'échappement, cette vapeur n'est même pas condensée.

ETUDE PRGAMÛUE

danl rintroduclion, ce qui incorpore dans le cycle une partie de la chaleur abandonnée parle cycle précédent, et qui sans cela serait tout à fait perdue. La paroi joue, pendant l'introduction, le rôle d'un régénérateur, mais elle ne peut le faire que parce que les produits expulsés ne sont pas complètement refroidis; pour apprécier le cycle, nous n'aurons pas à compter la chaleur gagnée par le mélange pendant l'introduction, à la condition de ne pas compter, comme perdue, la chaleur en dessous de la température de 100*, que nous supposons réalisée au moment où le cycle commence.

M. Kennedy a condensé en un seul tour les diagrammes de son essai, de manière à en déduire un diagramme moyen dont la forme est donnée par la figure BCDEP (fig. 60}; le volume de l'espace nuisible

XiUxa.

Kg. 60

étant connu, on peut, pour chaque point du contour, relever le volume et la pression du mélange, et trouver, par conséquent, sa température de proche en proche, au moyen de l'équation :

On trouve ainsi, en supposant que Ta = 313 {ou 100° + 273) Te = 600 Tu =1610 Tb = 1940 Tff =1206

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nS MOTEURS A GSZ

et on retrouve finalement en T', après la transformaiion fictive à volume constant FB, la température du point de départ.

Pour trouver le diagramme entropique de l'ensemble des transformations, on peut utiliser les équations des lignes telles que BC, CD, elc. Ainsi, les lignes BC, EF, ont pour équation : pr* = C»

Pour la compression BG, k = 1.380; détente EF, A = 1.435.

Il suffira d'introduire ces valeurs de k dans l'équation générale trouvée au n" 36 :

l'indice 1 se rappportant à un état initial où la transformation commence. Le coefficient:

est remplacé par c pour les lignes à volume constant, et par G pour les lignes à pression constante.

Mais nous ne devons pas perdre de vue que c, C, ^, sont variables lorsqu'U s'agit de hautes températures. Les valeurs admises par M. Witz (98) soni certainement trop fortes pour le cas présent, car un premier calcul, fait au moyen de ces valeurs, montre que la chaleur développée par l'explosion, mesurée au moyen des transformations entropiques CDE, serait plus grande, malgré la perte inévitable parla paroi, que celle développée par la combustion complèledu mélange.

En recalculant k nouveau la valeur de c et C, d'après MM. Mallard el Lechàtelier, pour une température absolue de 1.000°, qui est à peu près la moyenne des températures du diagramme, el en tenant compte de la composition des gaz brûlés, qui sont, à raison de 9,5 mètres cubes d'air pour 1 mètre cube de gaz (') :

Eau 1^0667

Acide carbonique . . . 1,0000

Azote 5,8408

Excèa ;d'air 5,0000J ^^ ' * J'^J

1. Lus résidus de l'espace nuisible ont la même composition en poids, de sorte qu'il est inutile d'en tenir compte pour le calcul des chaleurs spécifiques moyennes.

:,G00glc

ETUDE ORGANIOIIE

on trouve approximativemenl pour le mélange :

En adoptant ces valeurs, on trace facilement le diagramme de l'entropie B, C, D, E, P, (flg. 61) aur lequel on peut mesurer la quantité de chaleur fournie pour chaque iransfonnation, ainsi que la quantité transformée en travail.

Ainsi, pendant la période d'explosion G,D„et de combustion à pression constante, D,E,, la chaleur accusée par le diagramme est de 9,95 calories.

La chaleur effectivement développée par la combustion du mélange, qui renfenne 0 kil. 000998 de gaz, est de 11,20 calories, car le mètre cube de gaz considéré, pesant 0 kil. 4^, développe 5.677 calories, en supposant la combustion complète. Fig. ti

Si le calcul est exact, la différence 1 c. 25 aurait été absorbée par la paroi du cylindre, ce qui n'a rien d'invraisemblable, malgré le temps très court pendant lequel la chaleur est développée.

Pendant la délente, le diagramme entropique montre que le mélange a cédé, à la paroi du cylindre, une quantité de chaleur mesurée par E, P, e, f„ ou 1 c. 72, tandis que, pendant la compression G, D., le mélange a soustrait, à la paroi du cylindre, la quantité de chaleur B, C, e, b, ou 0 c. 345.

La quantité de chaleur perdue à la source inférieure, pendant la transformation fictive F, B„ qui ramèlie les i)roduils de la combustion à la pression et à la température initiales, sous volume constant, est exprimép par P, B, /, b^ et vaut S c. 675.

La chaleur transformée en travail est mesurée par la surface fermée

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1° cédée à Ia paroi pendant

2* cédée à la paroi pendant

kdëtentoE, F, . . .

S< cédée i k paroi et em-

portée par les sas pMtdanli

l'échappement. . . .

4* repriM àla paroi pendant

la compreaaion . . .

Total des pertas.

5* transformée en travail. ,

du cycle, et correspond à l'excès de la chaleur reçue (de la combustion ou des parois) sur la chaleur versée à l'extérieur (abandonnée par le mélao^e qui s'échappe, ou transmise aux parois).

La quantité de chaleur transformée en travail est de 2 c. 90. Tous ces cbiflres sont résumés dans le tableau suivant :

Chaleur ds la comlmatioD llcSOO

Dans tout essai de moteur à gaz, il est facile de mesurer la chaleur soustraite par l'eau de circulation à la paroi extérieure du cylindre, car il sufBt de mesurer la température de l'eau à l'entrée et à la sortie de l'enveloppe à intervalles assez rapprochés, et d'évaluer le volume lotai de l'eau; atnsi, dans l'essai qui nous occupe, on a employé par heure, (pour 4.704 explosions) 322 Mlogrammes d'eau; l'élévation de température a été de 76° C La chaleur emportée par l'eau a donc été, pour une période complète de quatre phases :

Or, il est évident que la chaleur Ë emportée par l'eau de circulation est celle qui traverse la paroi intérieure du cylindre pour entrer dans le métal, diminuée de celle qui rentre du métal vers le cylindre par la même voie. Celle condition peut nous servir à décomposer la (pianlilé de chaleur enlevée aux produits de la combuslion pendant la transfor* malion active F, B,. D'après le tableau ci-dessus (3*) la chaleur enlevée pendant cette transformation est de 5 c. 67S, mais une partie x est cédée à la paroi, et l'excédant est emporté par le gaz qui s'échappe, pour se perdre par contact avec l'atmosphère pendant l' échappement. Nous avons, en vertu de la remarque que noua venons de faire :

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d'où :