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MOTEURS THERMIQUES. 29

Gaz Lencauchez. — Le système de M. Lencauchez pour la production du gaz destiné aux moteurs, est basé sur les mômes réactions que le précédent. Les appareils diflfèrent ; ils se rapprochent du gazogène Siemens. M. Lencauchez en construit de deux types différents; le type n^ 1 était exposé à Paris, sur la berge, à côté du grand moteur Simplex de la maison Powell, qu'il était destiné à alimenter.

Un gazogène Lencauchez n® 1 à grande production, c'est-à-dire consommant plus de 20 kil. de charbon par heure, se compose d'un four muni d'une grille à gradins (pi. 2, fig. 1,2, 3) se chargeant au moyen d'une trémie T et dont la capacité intérieure est divisée en deux compartiments par un mur M qui oblige les produits de la distillation à traverser le combustible incandescent et à concourir à la production du gaz.

L'air, qui peut être chauffé par la décharge du moteur lui-même à une température de 200 à 250"" , est foulé dans le gazogène par un ventilateur V^ actionné par le moteur. Il traverse d'abord des cylindres en fonte G disposés dans une chambre E où circule le gaz chaud sortant du gazogène, puis se mêle à de la vapeur surchauffée qui se forme dans une seconde chambre D. Celle-ci est également parcourue par le gaz chaud, et les cylindres 00 qu'elle contient sont maintenus aux deux tiers pleins d'eau. Il va de soi qu'on utilise l'eau déjà chauffée qui a servi au refroidissement du cylindre.

L'air et la vapeur surchauffée sont envoyés partie sous la grille, dans une chambre de chauffe K fermée par deux portes , partie dans le combustible lui-mômv3 par des ouvertures dites injecteurs L Le gaz chaud sortant du gazogène passe dans les chajnbrcs E et D, arrive ensuite dans un

barillet à joint hydraulique, puis traverse une colonne de coke humecté où il se lave et , avant de se rendre au moteur, passe encore dans un compteur et un régulateur.

Celui-ci se compose d'une cloche à gaz guidée par des galets et soulevant ou abaissant un cône F qui ferme plus ou moins une conduite communiquant avec la chambre dinjection d'air et par laquelle l'air en excès peut s'échapper. La quantité envoyée au gazogène et, par suite, celle du gaz produit par celui-ci. sont ainsi réglées automatiquement.

Dans le type n''2(pl. 2, âg. 4), l'air soufflé par le ventilateur s'échauffe en traversant un serpentin placé dans une cheminée qui surmonte le gazogène et par laquelle se fait le départ du gaz. Cette cheminée contient un second serpentin maintenu plein d'eau par un réservoir latéral alimenté automatiquement. La vapeur formée est envoyée dans un troisième serpentin où elle se surchauffe avant de se mêler à l'air pour traverser le combustible.

Voici, d'après M. Lencauchez (1), la composition centésimale en volume du gaz Dowson, de celui que fournissent ses appareils et du gaz d'éclairage. L'analyse du gaz Lencauchez a été faite par MM. WUz, professeur à Lille, et UHote , du Conservatoire des arts et métiers de Paris.

(1) Méinoire sur un système de gazogène à coke, à anthracite et autres combustibles secs pour la production du gaz à Veau y par Alexandre Lencauchez.

MOTEURS THBaMIQUES.

COMt^OSANTS

GAZ DOWSON.

OAZ LENCAUCHEZ

OAZ

No 1.

No 2.

D'sCLAïaAGB*

HyJroflrène. . . , -

24,36 J 17,55 L« on

Oxyde de carbone.

Hydr. protocarboné.

Hydr. bicarboné.

Oxygène . . , ,

6,25 f «A .yt

Azote ....

Acide carbonique. ,

Pouvoir calorifique du m' à 0<» et 760'n«ï.

1280 cal.

1345 cal.

1630 cal.

5450 cal.

Quantité de gaz par de combustible à C 760"».

kg.

>oet

4™»468 anthracite anglais.

4m»219 anthracite du Creusot.

charbon '/* gras d'Anzin

0«>»300 houille à giiz.

Il résulte de ce tableau qu'un kilogramme de ces différents combustibles donnerait une quantité de gaz produisant, suivant l'espèce, 5706, 5675, 7110 et 1635 calories.

Des essais ont été faits pendant plusieurs semaines aux chantiers de La Buire, à Lyon, sur un gazogène n'^ 2 alimentant un moteur Simplex construit par la maison Powell de Rouen.

Pour un travail effectif de 5 V3 chevaux, la consommation a été de 3™'371 de gaz par cheval-heure (effectif). La

dépense en charbon a donc été de

0''772 de char-

bon d'Anzin par cheval-heure effectif; avec de l'anthracite

du Creusot, elle a été de

0''830. M. Lencauche«

pense qu*avec des installations plus perfectionnées et des moteurs de 25 à 30 chevaux , la dépense de combustible pourrait descendre à O'^OOO d'anthracite anglais à 3 7o de cendres par cheval-heure effectif.

Pour des moteurs inférieurs à 20 chevaux, le gazogène de M. Lencauchez tel qu'il vient d'être décrit, se maintient

difflcilement allumé et le gaz produit est presque froid. On est alors obligé de produire plus de gaz que le moteur n'en réclame.

L'excès est mélangé avec de l'air et arrive à des brûleurs placés dans une chambre de combustion située à l'arrière du gazogène et à Tintériour de laquelle sont disposés des tubes à air chaud en fonte semblable à ceux qui servent à chauffer l'air dans l'appareil n"* 1. On utilise ainsi pour le chauffage de l'air l'excès de gaz produit et le foyer ne s'éteint plus.

Gaz Lothaimncr, — A l'opposé des deux systèmes que nous venons de décrire et qui produisent des gaz pauvres^ celui de M. Lothammer a pour but de donner un gaz beaucoup plus riche en matières combustibles que le gaz d'éclairage lui-même. Il consiste à charger un courant d'air de vapeurs combustibles d'hydrocarbures. Cette idée est ancienne et a servi de point de départ à tous les appareils appelés carburateurs, mais il semble qu'elle ait rarement été appliquée avec plus de succès que dans le système que nous décrivons.

Le liquide employé dans tous les carburateurs est gênél'alement l'essence minérale ou gazoline dont la densité est de 0,050, mais qui est, en réalité, un mélange d'hydrocarbures divers dont la densité varie de 0,610 à 0,720. La difficulté consiste en ce que l'air, traversant ce liquide, se charge d'abord des vapeurs des huiles les plus volatiles, de sorte que la carburation devient de moins en moins efficace à mesure que l'opération avance. Il est difficile, dans ces conditions, d'utiliser, sans des dispositions spéciales, tout le liquide et d'obtenir l'uniformité de composition qui est indispen.sable pour les moteurs et pour leclairage.

MOTEURS THERMIQUES. 33

M. Lothammer a cherché à conserver au liquide carburateur une densité constante, en mettant d'abord l'air en contact avec les parties les plus lourdes de ce liquide. L'air arrive donc déjà saturé dans les parties volatiles auxquelles il n'emprunte plus rien et qui enrichissent le liquide, en empêchant sa densité d'augmenter.

La sursaturation de l'air est un autre défaut : elle amène des condensations dans les conduites. Afin d'éviter cet inconvénient, M. Lothammer amène l'air au carburateur sous une pression de 25 centimètres d'eau au moins. La détente de l'air produit la carburation à basse température et met le gaz à l'abri des condensations que le froid détermine môme dans le gaz d'éclairage ordinaire. Le nouveau gaz de M. Lothammer traverserait, paraîtrait-il (1), des appareils laveurs sans rien perdre de sa richesse et le froid n'aurait aucune action sur sa composition. Il constituerait donc un mélange intime ayant les caractères d'une combinaison. Ce sont là des qualités éminemment précieuses pour un produit de cette nature et d'autant plus remarquables que l'appareil servant à la fabrication est très simple, ne consomme rien pendant les arrêts et se met en marche avec la plus grande facilité.

Cet appareil comprend un réservoir cylindrique C hermétiquement fermé (fig. 1 et 2, pi. 3) et dans lequel l'air est foulé sous pression par un tuyau A. Ce cylindre en contient un autre aussi hermétique G dans lequel se trouve un troisième g , traversant le fond du deuxième sans atteindre celui du premier, et dont la surface extérieure est reliée par une tôle pleine à la paroi du cylindre G.

(1) Inditsùries, 23 novembre 1888. — Iron, mémo date. — Manne

Engineer, V décembre, 1888.

L'espace annulaire laissé entre G et g contient l'hydrocarbure et peut être rempli par un entonnoir T. Un indicateur à tube de verre I placé à l'extérieur indique la hauteur du liquide.

Le liquide en traitement se trouve dans le fond de g. L'air sort du réservoir C par un tube P' sur le trajet duquel se trouvent une soupape et un robinet N, rentre dans C par un autre tube P muni également d'une soupape S (voir flg. 4) qui vient déboucher dans le fond de g par une série de 12 tubes j aplatis suivant les rayons d'une circonférence.

L'air traverse le liquide, se charge de vapeurs combustibles et le gaz ainsi formé sort par le sommet de G qui forme réservoir et permet la chute de tout liquide entraîné, puis entre dans la distribution par le tube muni

d'un robinet.

La vaporisation de la gazoline produit un froid tel qu'il faut la réchauffer au moyen d'air chaud circulant dans l'espace e qui forme le fond du cylindre C. Un petit bec brûlant sous une cloche de terre réfractaire et alimenté de gaz suffit pour produire ce résultat. Mais, malgré ce réchauffement, le gaz qui s'échappe de Tappareil est toujours à température très basse et il nV a pas à craindre de condensations dans les conduites.

Voyons maintenant quel est le rôle du réservoir annulaire. Le liquide sort de ce réservoir par le fond et arrive, par un tuyau V muni d'un robinet de vidange R\ dans g où le niveau est maintenu constant par le siphon F.

On voit que ni le liquide ni le gaz ne peuvent rentrer dans la chambre C : en effet , un excès de pression dans g fermerait immédiatement la soupape, et, en cas d'arrêt, le robinet N permet une obturation absolue, l^e dôme

Moteurs thermiques. 35

de C est, du reste, muni d'une soupape à balancier S (flg. 5) qui règle la pression dans ce cylindre.

D'après des renseignements contenus dans différentes publications techniques (1), le gaz fourni par l'appareil Lothammer donnerait une économie de 50 ^/^ sur le gaz résultant de la distillation de la houille. Un litre de gazoline pourrait produire 4"'3100 de gaz. En ne comptant que sur 2'"^500, la dépense en huile ne dépasserait pas 8 â 9 centimes par mètre cube en Angleterre. En France, où a gazoliueest plus chère, le prix serait d'environ 20centimcs. Le gaz ne se produit que quand on le veut, la fermeture d'iiti simple robinet arrêtant l'opération. Pour mettre en ndarche, il suffit de mouvoir à la main la pompe foulante afin de donner la pression nécessaire (10 à 12 centimètres d'eau). Immédiatement, le gaz se produit et le moteur étant mis en marche, on peut y rattacher la pompe. D'après le Jlfanwe ^'n^meer du r*" décembre 1888, 5 secondes suffisent pour que le moteur fonctionne.

t)ans Une expérience citée par ce journal, l'appareil alimentait 60 lampes de 16 bougies consommant chacune 60 litres par heure, donc 3600 litres à l'heure, et le moteur de la pompe n'absorbait que Vie de cheval. Si l'on admet qu'un moteur à gaz dépense 600 litres de gaz Lothammer pat cheval et par heure, la consommation Indiquée ci-dessus correspondrait à un travail de 6 chevaux. Le refoulement de lair n'absorberait donc que 1 ^/^ environ de travail du moteur.

S'il s'agissait d'une distribution importante, la haute pression nécessaire à ce système pourrait paraître un inconvénient. Mais on peut ne produire à la station centrale que de l'air comprimé et placer le carburateur près

(1) V. entre autres, Mining Journal^ V^ décembre 1888,

du moteur ou de Tendroit à éclairer, de sorte que les seules pertes consisteraient en air comprimé et seraient faciles à éviter.

Gaz atmosphérnque système Varloud. — Ce système est principalement destiné à la production du gaz d'éclairage, mais il a été également utilisé pour les moteurs, particulièrement pour le moteur Benz , moyennant une petite modification apportée par M. Roger. Un moteur de ce type fonctionnait à l'Exposition au moyen du gaz atmosphérique fourni par un appareil construit par MM. Gourd et Dubois, de Lyon.

Cet appareil comprend trois parties (flg. 6 et 7, pi. 3) :

P Le ventilateur à palettes A mû par une roue hydraulique ou plus généralement par un contrepoids puissant P qu'on remonte comme celui d'une grande horloge au moyen d'un treuil T. Ce ventilateur aspire l'air extérieur et le chasse dans le régulateur B.

2° Le régulateur B composé d'un réservoir cylindrique rempli d'eau jusqu'à un niveau déterminé par le robinet I (flg. 7) et dans lequel se meut une cloche formant gazomètre sous laquelle l'air arrive du ventilateur par une tubulure a. Cette conduite est fermée par un cône soulevé par la cloche. Cette disposition bien connue règle la pression de l'air dans cette cloche, en raison du poids de celle-ci.

3° Le carburateur C reçoit l'air venant du régulateur par une conduite munie d'un robinet K permettant l'écoulement de l'eau ou de l'essence qui viendrait à y être entraînée, et d'un robinet de manœuvre L. Le carburateur contient de la gazoline dont la densité est 0,650; cette gazoline est introduite par M. Le gaz s'écoule par S ; le robinet N sert à l'écoulement de l'air pendant le remplissage; E sert à remplir d'eau l'aspirateur jusqu'à un

MOTEURS THERMIQUES. 37

niveau donné par le robinet F; G et R sont des robinets de vidange; est un regard indiquant le niveau de la gazoline dans le carburateur C.

Avec la gazoline à fr. 0,65 le litre , le mètre cube de paz atmosphérique reviendrait à fr. 0,20 environ; son pouvoir calorifique serait à peu près le même que celui du gaz d'éclairage ordinaire. Le gaz est obtenu à froid et les condensations seraient peu abondantes sauf pour les températures très basses, ce qui exige quelques précautions dans la pose des conduites. Le prix de Tappareil est relativement bas : une installation de 20 becs pouvant, d'après les constructeurs, suffire pour un moteur de 3 chevaux, ne coûterait qu'environ 1000 fr. et dépenserait 1,2 litre environ de gazoline par heure.

Gaz Soleil système Jaunez. — Cet appareil, plus simple encore que les précédents, produit automatiquement la carburation de l'air, au moyen de gazoline à 0,650, mais à chaud (pl.3, fig. 8). Il ne comprend aucune pièce en mouvement. Un brûleur placé dans une petite lanterne C chauffe une petite chaudière dans laquelle la gazoline descend par le tube d muni d'un modérateur. Le liquide vaporisé se rend par le tube E dans le réservoir B contenant la gazoline à 650°. Celle-ci passe par un injccteur contenu dans la boîte F munie d'un robinet de sûreté, d'un clapet et d'un robinet d'admission d'air K. Elle entraîne avec elle l'air dans le réservoir B où il se charge de vapeur de gazoline. Le mélange s'accumule dans le gazomètre à joint hydraulique D, et passe par le tube G dans le régulateur H également muni d'un joint hydraulique. Les liquides condensés peuvent retourner dans B parles conduits m, La gazoline est introduite dans B par un tuyau R venant d'un autre réservoir situé à une

dizaine de centimètres plus haut. Pour mettre en marche, on insuffle un peu d'air par un tube en caoutchouc fixé sur K, on forme ainsi à froid dans D un mélange d'air cs^rburé suffisant pour alimenter le brûleur. Quand le tube E s'échauffe, on ouvre K. Pour arrêter, on ferme K et le robinet de F , on éteint le brûleur et on ferme s.

Le pouvoir calorifique de l'air carburé est un peu supérieur à celui du gaz d'éclairage. La carburation à chaud permet d'utiliser complètement la gazoline, mais interdit évidemment un long parcours. La place occupée est très réduite (1"20 de haut sur 0"60 de large pour un carburateur pouvant alimenter un moteur de deux chevaux et coûtant 350 francs). L'inventeur croit que l'opération se faisant en vase clos, tout danger est écarté.

Le mètre cube reviendrait à fr. 0-25, avec la gazoline à fr. 0-65 le litre.

Les systèmes que nous venons de décrire, étaient, parmi tous ceux qu'offrait l'Exposition de 1889, les plus importants au point de vue spécial qui nous occupe, et Ton peijt dire les seuls qui présentassent, à des degrés divers, quelque intérêt pour la production de la force motrice.

Nous pouvons donc passer à l'examen des moteurs eux-mêmes.

Section B. — Théorie et classification des moteurs & gaz tonnants. — Les moteurs à gaz chauffés parla combustion d'un gaz portent le nom de moteui^s à gaz tonnant parce que le mélange d'air .et de gaz combustible y est généralement effectué en proportion telle que la combinaison est très rapide et qu'elle affecte même la forme d'une détonation. La température développée par cette combustion est très élevée et le cylindre, ainsi que le piston , s échaufferait très rapidement , si l'on ne refroidis-

MOTPUKS THERMIQUES. 39

§ait énergiquemcnt les parois. Dans les moteurs dont la force est inférieure à 2 chevaux, le rayonnement, favorisé par des ailettes de formes diverses venues de fonte avec 1,0 cylindre, suffît pour maintenir celui-ci à une température suffisamment basse. Au delà de 2 chevaux, il est généralement nécessaire de recourir à l'emploi d eau froide circulant dans une enveloppe du cylindre.

Cettp obligation constitue une des conditions les plus défavorables au point de vue du rendement des moteurs à gaz tonnants. L'influence des parois, si désastreuse dans les moteur^ k vapeur deau, ne Test pas moins dans ceux dont nous nous occupons. M. Witz, dans ses Etudes mr les n^oteursà gaz tonnani(\)y Ta mise absolument hors 4e doute : il a démontré que c est à elle qu'il faut ra|)porter le fait que la température du mélang-e gazeux reste bien inférieure à la température de combustion , circonstance qui avait été attribuée par d'autres auteui-s. particulièren^ent par Dugald Clerk et G. Richard, à la dissociation (2). Ceux-ci admettaient que la température résultant de la combinaison des gaz atteint dans le cylindre le point où Jes éléments combinés se dissocient, et qu'elle est par suite fatalement limitée au chiffre que l'on constate par expérience. Mais il a été démontré que la température de dissociation est beaucoup plus élevée et que celle que les gaz atteignent, reste bien en dessous de sa limite supérieure, p(\r suite de l'influence refroidissante des parois.

(1) Etudes sur les moteurs à gaz fO)in(uit. Paris, (îautliicr Villai*s, 1884 , p. 53.

(2) On fhe Theory of the Gaz Enr/inc. London, 1882. ProceodiiifTs of the Institution of Civil Fln^inoors, t. 09. — Les moteurs à gaz, par G. Richard. Paris, Dunod, 1885, p. 40.

Cette influence a été trouvée d'autant plus considérable que la combustion est plus lente , que le mélange est en contact avec une plus grande surface métallique et que la durée de ce contact est plus grande. Il est donc nécessaire, pour augmenter le rendement définitif du moteur, de rendre la combustion la plus rapide et la plus complète possible, de la produire dans un espace restreint et d'opérer la détente le plus rapidement possible. On peut satisfaire aux deux premières conditions en comprimant le mélange gazeux avant de l'enflammer.

La compression qui a été indiquée dès 1862 comme une des phases nécessaires du cycle des moteurs à gaz par l'ingénieur Beau de Rochas, restreint l'espace dans lequel se fait la combustion et par conséquent diminue la surface refi'oidissante pendant cette période. D'autre part, en rapprochant les molécules des gaz combustibles et de l'air, elle favorise la combinaison , la rend plus rapide et plus complète : elle diminue donc, d'un côté, la perte par les parois et, de l'autre, celle qui résulte de l'échappement de gaz non brûlés. Cette dernière a été fréquemment constatée et elle est surtout à craindre, quand on fait usage de mélanges pauvres, difficilement inflammables. Ce sont ces avantages qui ont fait employer la compression préalable dans la plupart des moteurs à gaz tonnant qui existent actuellement.

La compression n'implique pas, du reste, l'explosion. 11 y a explosion, lorsque le feu est mis au mélange au moment où le piston arrive au point mort et n'a plus qu'une vitesse très faible. La combustion se fait alors dans un espace relativement restreint et dont le volume ne varie que peu. Elle s'étend rapidement à toute la masse gazeuse et la pression s'élève brusquement, ainsi que la température.

MOTEURS THERMIQUES. 41

Mais on peut effectuer la combustion progressivement, pendant la marche du piston , sans i^enoncer pour cela au bénéfice de la compression.

Il résulte de ce qui précède qu'il existera deux groupes de moteurs à gaz tonnant, suivant que le mélange sera ou non comprimé avant son inflammation.

Le premier groupe pourra se partager à son tour en deux classes: dans l'une, qui se rapproche des anciennes machines à vapeur atmosphériques antérieures à l'époque de Watt, on laisse la détente des gaz se produire longuement jusqu'à ce que la pression soit descendue notablement en dessous de la pression atmosphérique et on utilise comme force motrice l'effort exercé par celle-ci sur le piston. Ce dernier doit, dans ce cas, ne pas agir sur la machine pendant l'explosion et la détente des gaz. Pendant ces deux périodes, il est lancé librement et la connexion n'est établie entre sa tige et l'arbre que pendant le retour. Dans la seconde classe, on utilise, au contraire, la force explosive et la détente du mélange gazeux.

Le second groupe se divisera aussi naturellement en deux classes, suivant que la combustion s'opère à volume constant, affectant ainsi la forme explosive, ou bien qu'elle se fait à pression constante, le gaz comprimé étant enflammé au fur et à mesure de son admission dans le cylindre.

On a ainsi distingué 4 types principaux dans lesquels, à part quelques appareils qui ne sont , du reste, pas entrés dans la pratique, peuvent se ranger tous les moteurs imaginés jusqu'à présent. Ces types sont :

Moteurs sans compression j I. Moteurs atmosphériques.

préalable. ( II. » à explosion.

Moteui's avec compression j III. » à combustion simple.

préalable. ( IV. » à explosion.

42 EXPOSITION UNIVERSELI^E DE 1889.

Les différents auteurs (l) qui se sont occupés de l'étude des moteurs à gaz tonnant, ont recherché, pour chaci^n de ces types, les formules théoriques qui permettent de calculer le cqe^cient économique et cequenou^ avons appelé le coefficient générique.

Nous croyons devoir les rappeler l)rièvement en caractérisant le cycle de chaque type.