CHAPITRE I
Introduction.
S1, d'une façon générale, nous nous proposons l'étude des conditions de fonctionnement d’un moteur à mélange tonnant, il importe de définir le moteur tel qu'il se présente à nous, en éfa{ de fonctionnement, c'est-à-dire doté de réglages fixes que nous supposons établis une fois pour toutes et que nous ne devons pas modifier dans nos essais. Ces réglages fixes supposent, essentiellement, que l'on emploie un combustible déterminé dans un moteur dont les données de construction sont déterminées. Ces données de construction sont tout d’abord l’alésage et la course du moteur, puis sa compression volumique.
Les réglages fixes intéressent : 1° la distribution, 2° l'alimentation, 3° l'allumage, 4° le refroidissement, 5° le graissage.
Spécificalion du moteur.
Le moteur qui nous a servi dans nos essais est du type Gillet-Forest monocylindre horizontal.
Il réalise, au mieux, le type intermédiaire entre le moteur industriel, c’est-à-dire à vitesse angulaire relativement faible, etle moteur d'automobile, mais se rapproche beaucoup de ce dernier, notamment par sa vitesse angulaire de régime relativement élevé 800 tours par minute. Ses caractéristiques sont :
Alésage 140 mm.
Course 160 mm.
Compression volumique — ot nt V est le volume déplacé par le piston et v celui de la chambre de compression.
Le moteur est à circulation d’eau, la chemise d'eau venue de fonte avec le cylindre, sa culasse est d’une seule pièce avec le cylindre, elle est hémisphérique, avec les deux boîtes de soupapes, admission et échappement, disposées de part et d'autre par rapport à l'axe longitudinal du moteur. Le carter qui renferme les organes de transmission est en aluminium. Il comporte deux paliers dans lesquels sont compris les soies de l’arbre vilebrequin.
Aux deux extrémités de ce dernier sont, d’une part, un volant d’assez grandes dimensions, extérieur au carter ; d'autre part, une roue d'angle qui, par l'intermédiaure d'une autre roue d'angle, d’un nombre de dents double de la précédente, commande l'arbre de distribution. Ce dernier est ainsi parallèle à l'axe longitudinal du cylindre. C’est sur cet arbre et à l'une de ses extrémités que se trouve calé le plateau d'embrayage dans le cas de l’utilisation du moteur sur une voiture automobile.
Sur l'arbre de distribution est une came que commande un régulateur à force centrifuge. En regard de la came, est un galet qui, par un renvoi de leviers, assure la levée
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de la soupape d'échappement. Le galet peut être déplacé parallèlement à lui-même le long de la came, de telle sorte que l'action du régulateur centrifuge puisse être amplifiée, annulée ou diminuée par le jeu d'un levier de commande que manœuvre à la main le mécanicien. (Notons que ce mode de régulation est du type progressif par action sur la soupape d'échappement qui se lève plus ou moins haut, plus ou moins tôt et pendant
: + plus ou moins longtemps.)
Remarque. — Dans nos essais nous avons toujours opéré avec régulateur calé une fois pour toutes, de telle façon que le moteur pouvait être considéré comme fonctionnant sans régulateur.
L'admission dans ce moteur se fait par une soupape à fonctionnement automatique.
L'allumage étant par accumulateurs et bobine à trembleur, l'arbre de distribution comporte une came de distribution de courant primaire.
Cette came est à l'extérieur par rapport au carter. Tels sont les éléments constructifs du moteur.
Le combustible. — Avant de spécifier les réglages fixes du moteur, nous devons définir le combustible :
Ce combustible est l'essence de pétrole de poids spécifique 700 grammes à 15° C.
Nous la définissons :
1° Par son origine d'extraction, Essence de Galicie dite Motoline Leprètre ;
2° Parsa distillation fractionnée, épreuve physique qui fournit les renseignements les plus précis sur sa composition chimique ;
3° Par son pouvoir calorifique.
Nous avons obtenu de M. Leprêtre qu'une provision d'une essence ainsi définie nous soit réservée pour toute la durée de nos essais. Sa distillation fractionnée nous a donné les résultats ci-dessous :
Températures limites Poids spécifiques des N° des fractionnements. en degrés C. fractionnements à 15° C. en kg. 1 25-492,5 0,634 2 42,5-58 0,653 3 58-65.5 0,682 k 65,5-6953 0,695 s 69,3-70 0,699 6 70-74,5 0,706 7 74,5-79,1 0,709 S 19,1-88,1 0,729 9 88,1-89,9 0,735 10 89,9-89,9 0,740
Le pouvoir calorifique supérieur de cette essence déterminé à la bombe de Mahler est de 11430 calories kg/d.
Les Réglages fixes.
Distribution.
1° Admission. — La soupape d'admission étant automatique, la tension du ressort de la soupape d'admission est un élément de réglage que nous avons établi spécialement. A cet elfet, nous avons disposé un petit appareil permettant de faire varier la tension du ressort, tout en laissant la possibilité de connaître la valeur de cette tension. Les diagrammes ainsi obtenus montrent que le point d'intersection de la courbe correspondant à l'aspiration et de la ligne horizontale correspondant à la pression atmosphérique est
d'autant plus éloigné du point mort que la tension du ressort est plus forte et cela d'autant plus que la vitesse du moteur est considérable.
Ces diagrammes montrent également que la pression à fond de course diminue lorsque la tension du ressort augmente, ce qui prouve bien que la cylindrée a été moins complète avec un ressort plus fort. Les indications que donnent ces diagrammes sont très nettes, mais il est malheureusement impossible de les mesurer, car des phénomènes d'inertie dus à l'appareil viennent les compliquer.
Les diagrammes montrent de plus que le point d'intersection de la ligne horizontale de pression atmosphérique et de la courbe de compression est d'autant plus rapproché du fond de course que la tension du ressort est plus grande. De plus, l'ordonnée moyenne de la courbe de compression est dans ce cas plus élevée,
Avec lappareil Mathot seul (enregistreur continu) nous avons pu évaluer la compression au point mort avec des ressorts de tensions différentes. Cette compression croît avec la tension des ressorts.
On peut ainsi constater que c'est dans la période de retour du piston, dans la période de compression, que le piston vient refouler le courant gazeux, qui, par l'effet de la dépression, continue d'entrer dans le cylindre. Une fermeture rapide de la soupape obtenue par un ressort assez puissant empêchera seule une partie plus importante du mélange carburé d’être après aspiration refoulé au dehors.
Il est donc facile de déterminer une tension du ressort telle que le remplissage du cylindre soit le plus complet possible, pour une vitesse angulaire donnée du moteur, toutes autres données influent sur ce remplissage restant les mêmes, d’ailleurs.
29 Échappement. — Nous avons dit que le régulateur étant calé, nous n'avions pas à nous préoccuper du calage de la soupape d'échappement. Nous avons vérifié au cours de nos essais la constance de la levée de la soupape et cela par le réglage constant du culbuteur agissant sur la queue de la soupape. Dans ces conditions et pour une tension constante du ressort de la soupape d'échappement, le point d'ouverture et celui de fermeture de cette soupape ne pouvaient être modifiés que par un changement de la came.
Alimentation. — Nous avons utilisé un carburateur du type Longuemare à réglage d'air additionnel par une manette à repère et à réglage du débit d'essence par un pointeau. Ce pointeau était muni d’un tambour gradué en divisions avec arrêt formant repère.
Les réglages fixes de ce carburateur consistaient : 1° en un champignon gicleur dont le nombre et la section des rainures étaient susceptibles de modifications ; 2° en un étranglement de la veine d'air primaire de section variable au droit du champignon gicleur pour un entraînement plus ou moins considérable de l'essence. Les réglages fixes, ainsi définis, avaient été établis de telle façon que l’on puisse obtenir la puissance maxima du moteur avec la prise d'air additionnel ouverte en grand, . c'est-à-dire dans des conditions telles qu'aux vitesses angulaires plus faibles, alors que la dépression au droit du gicleur est moindre, on ait la possibilité de diminuer l'ouverture de la prise d'air additionnel pour provoquer un plus grand entraînement d'essence.
Le carburateur ne comportait pas de prise d'air chaud, on avait prévu un système de réchauffage du carburateur par l'électricité. A cet effet un bobinage spécial assurait le réchauffage de la paroi du tube d'arrivée d’air primaire ; un deuxième bobinage était placé à l’intérieur du corps du carburateur et un troisième bobinage échauffait la paroi du tube conduisant les gaz au moteur. Un thermomètre donnait la température de ces gaz avant leur entrée dans le moteur.
Allumage. — L'allumage est réalisé par bougie, bobine à trembleur et accumulateurs. La tension du courant primaire est de 8 volts. La position de la bougie est immuable, En
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vue d'une régularité absolue dans l'allumage, cette tension fut vérifiée constante pendant toute la durée des essais. Dans l'allumage par étincelle d'induction, on a tout d’abord employé soit des piles, soit des accumulateurs à deux éléments. La qualité seule des bobines limitait à 4 volts la tension du courant primaire. La recherche de l'étincelle chaude, aujourd'hui consacrée par l'emploi des magnétos, était jugée inutile par certains constructeurs.
L'allumage avec trois éléments d'accumulateurs n'aurait pour effet, au dire de ces constructeurs, que de diminuer la constante du retard de vibration des trembleurs et de faire ainsi de l'avance à l'allumage ; il vaudrait mieux, par suite, faire un meilleur emploi de la manette d'avance.
L'étude de l'influence de la composition du mélange carburé sur l'allumage nous permet de constater que la tension plus élevée du courant primaire n’a pas ce seul résultat de donner de l'avance, mais d’agir aussi par l'énergie calorifique plus considérable de l’étincelle produite. Nous avons été, par cette étude, conduits à accroître la tension du courant primaire et à la porter à 8 volts, et pour cela nous avons fait établir une bobine très soigneusement construite, au point de vue de l'isolement du bobinage. Nous donnons cidessous les indications relevées au cours de ces essais préliminaires destinés à caractériser les réglages fixes d'allumage.
Nous tirions simultanément, pendant ces expériences, des diagrammes à l’aide du manographe Hospitalier-Carpentier et à l'aide de l'indicateur Mathot-Garnier. Nous joignons, à l'appui des résultats que nous allons énoncer, quelques-uns de ces diagrammes:
1° Lorsque dans le mélange carburé il y a excès d'air, nous avons constaté que la puissance croissait avec l'avance à l'allumage et que l’on pouvait donner toute l'avance sans craindre une perte de puissance par excès d'avance.
L'examen des diagrammes prouve que, dans le cas d’excès d'air et malgré toute l'avance, l'explosion n’a lieu qu'après le passage du point mort (planche n° 1).
Et ceci avec un allumage à 6 volts, cependant si nous n'avions eu que deux éléments d'accumulateurs, nous n’aurions pas pu obtenir une avance aussi considérable,
2° Lorsque dans le mélange carburé, il y a excès d'essence, nous avons constaté que la puissance diminuait avec l'avance à l'allumage ; or, là où l'avance à l'allumage n'est pas avantageuse pour l'accroissement de la puissance, il y a cependant grand intérêt à allumer à 6 volts, non certes parce que de cette tension plus élevée résulte une avance à l’allumage, mais, évidemment, parce que l’étincelle fournie étant plus chaude, le mélange s’enflamme mieux (planche n° 2). Nous avons eu, un jour, l’occasion d'une expérience assez curieuse : nous marchions à # volts comme allumage et nous faisions l'essai d'un nouveau carburateur. Le groupement carburateur-moteur était loin d’être parfait, le moteur aspirait trop d'essence et comme nous donnions un peu d'avance à l'allumage, le moteur ne tarda pas à « cogner » suivant l'expression consacrée. Nous fimes alors de l'allumage à 6 volts en diminuant sensiblement l'avance et nous obtinmes aussitôt la suppression de tout bruit, une augmentation de puissance, tout ceci pour une même vitesse angulaire du moteur.
Dans une autre série d'expériences (planche n° 3), nous considérions une avance déterminée d'allumage, puis, par la manœuvre des manettes du carburateur, nous cherchions à obtenir la puissance maxima correspondante à la vitesse angulure constante de 850 tours par minute. Nous avons constaté qu'en conservant constante la quantité du mélange gazeux et n'agissant que sur la quantité d'air additionnel, la quantité d'air en excès devait être d'autant plus grande qu'il y avait d'avance à l'allumage (ce que nous avons déjà observé), que cette quantité devait diminuer lorsque l’on diminuait l'avance, que ces deux deux facteurs, enfin, carburation et allumage, étaient intimement liés et que de leur parfait accord seul résultait la puissance maxima d’un moteur à une vitesse déterminée.
Nous avons examiné dans une nouvelle série d'expériences (planche n° 4) les différences de l'allumage dans le cas d'un aceumulateur à 6 volts, et dans le cas d’un accumulateur à 4 volts.
Nous cherchions dans l’un et l’autre cas à obtenir le maximum de puissance pour une même vitesse angulaire du moteur (850 tours) et en nous plaçant dans des conditions de carburation variables en ce qui concerne l'excès d'essence.
Les résultats sont consignés sur la planche n° 4 et il est aisé de voir que l'on arrive à obtenir une moins grande puissance, avec l'allumage à 4 volts, cas où l'on est en outre obligé de faire travailler le moteur avec plus d'avance et de soumettre, par suite, ses organes à un effort plus brutal, lors de l'explosion. Les diagrammes montrent très nettement ce fait.
Les diagrammes superposés que donne l'appareil Hospitalier-Carpentier et recueillis sur une plaque photographique établissent, de plus, combien est plus parfaite l'identité des coups moteurs dans le cas de l'allumage à 6 volts que dans le cas de l'allumage à 4 volts.
Diagrammes.
Pour une avance déterminée d'allumage on a, par la manœuvre des manettes du carburateur, cherché à obtenir la puissance maxima correspondante à la vitesse angulaire constante de 850 tours par minute.
Ouvert
Quvert
Melinge gazeux
Vue en plan des secteurs sur lesquels se déplacent les manettes du carburateur.
LÉPTUEZ
PLANCHE :N5s 1
Excès d'air.
Volts 85.
Ampères 32.
Allumage 6 volts.
Retard (trou 10).
Planimètre 115.
Volts 85.
Ampères 50.
Allumage 6 volts.
Retard (trou 6).
Planimètre 161.
Volts 85, Ampères 53.
Allumage 6 volts.
Avance {trou 1).
Planimètre 169.
Manette de mélange à la position d'ouverture en grand. Manette d’air à la position d'ouverture en grand.
Volts 85, Ampères 58.
Allumage 6 volts.
Retard (trou 10).
Planimètre 185.
Volts 85.
Ampères 50.
Allumage 6 volts.
Retard (trou 6).
Planimètre 180.
Volts 89.
Ampères 35.
Arnage 6 volts.
Avance (trou 4).
Planimètre 163.
Manette du mélange à la position d'ouverture en grand. Manette d’air à la position de fermeture.
Excès d'essence.
Luz.
Car- Air. pur, bura- minimum.
tion | Mélange 7.
Car- Air 8, mabura- { ximum.
tion | Mélange 7.
to es
Volts 85.
Ampères 62.
Allumage 6 volts.
Retard (trou 10).
Planimètre 198,
Volts 85.
Ampères 55.
Allumage 6 volts.
Retard (trou 6).
Planimètre 190.
Volts 85.
Ampères 50.
Allumage 6 volts.
Avance (trou 1).
Planimètre 182.
Manette de mélange toujours à la même position. Manette d’air à la position s de fermeture. — Excès d'essence.
Retara Avance
Allumage avec accumulateurs 6 volts et retard à l'allumage (trou 9).
Secteur de [Allumage
Volts 85. — Ampères 57. — Planimètre 170.
Allumage avec accumulateurs 4 volts, avance à l'allumage (trou 5).
Volts 85. — Ampères 56. — Planimètre 158.
Refroidissement. — Le moteur Gillet-Forest est, normalement, refroidi par thermove . : ; :
siphon. Nous l'avons refroidi, dans nos essais, par circulation d’eau sous pression et avec débit réglable de l’eau de refroidissement.
Graissage. — Le graissage est assuré par un graisseur compte-gouttes à débit com-
mandé mécaniquement.
Le compte-gouttes étant à débit visible, le réglage en est facile. I était le même à des vitesses angulaires déterminées lors de l'utilisation des différents combustibles. L'huile employée était l'huile pour moteurs P. B. de M. Leprètre.
Les réglages de fonctionnement.
Les courbes caractéristiques de fonctionnement d'un moteur.
Le fonctionnement d'un moteur à mélange tonnant est caractérisé principalement par deux courbes.
L'une est la courbe des puissances maxima en fonction des vitesses angulaires.
L'autre, la courbe des consommations spécifiques, toujours en fonction des vitesses angulaires.
Mais nous pouvons envisager deux séries de ces courbes correspondant à des réglages de fonctionnement caractéristiques.
En effet, les réglages fixes étant définis comme nous venons de le dire, nous pouvons agir sur les conditions de l'alimentation par les variations dans le dosage de l'essence et de l’air.
Nous avons, en effet, à notre disposition la manœuvre de la manette d'air et celle du pointeau d'essence. L’avance à l’allumage nous vient en aide en concordance de ces réglages, comme nous venons de le démontrer. Nous pouvons faire varier la température d'admission des gaz dans le moteur, par le réchauffage du carburateur.
Nous pouvons faire varier la température des gaz à la sortie du moteur par le débit variable de l’eau de refroidissement, par les conditions de détente des gaz de l’'échappement.
Ce sont là des réglages de fonctionnement auxquels s’ajoute la possibilité de l'emploi de combustibles voisins de l’essence comme propriétés explosives, ou même d’essences de pétrole d’origine différente, possibilité assurée par lesdits réglages de fonctionnement. Quelles seront donc les deux séries de courbes caractéristiques plus particuliérement
intéressantes, que nous permettront d'obtenir, pour un combustible donné, les réglages de fonctionnement :
1° Nous cherchons, dans un moteur, à obtenir le maximum de puissance pour toute une série de vitesses angulaires sans nous limiter dans la consommation spécifique tout en diminuant cependant cette consommation tant que cette diminution n'entraîne pas une diminution de la puissance. Nous cherchons ainsi la courbe des plus grandes puissances massiques du moteur.
2 pe
2 Nous cherchons à réaliser pour chacune des vitesses angulaires le maximum de puissance compatible avec la consommation spécifique minima correspondant à cette vitesse angulaire. Les deux séries constitueront évidemment les limites de l’utihsation rationnelle d'un moteur suivant les besoins de cette utilisation.
Nous verrons plus loin que nous avons exposé une méthode calorimétrique qui nous permet d'étudier les changements dans la répartition des calories quand on passe d'un de ces fonctionnements caractéristiques à l’autre,
