CHAPITRE IX

135. Lorsqu'une industrie, qui n'a pas de cours d'eau comme auxiliaire, ne doit utiliser de la force motrice que pendant une fraction de la journée, il peut être avantageux de substituer à l'emploi de la machine à vapeur, qui entraîne la dépense de la journée du chauffeur et de l'entretien de la grille, la machine au gaz de l'éclairage. Les produits de la combustion du gaz, en se dilatant et agissant sur un piston, produisent le travail voulu.

Nous allons examiner les principaux types des machines à gaz.

136. Machine Lenoir. — Cette machine ne diffère d'une machine à vapeur horizontale que par les organes de distribution et d'échappement.

Un tiroir À (Jig. 196 et 197), placé dans une boîte de distribution où arrive le gaz, permet l'introduction de ce fluide dans le cylindre, et de l'air par des trous pratiqués latéralement.

En considérant une des faces du piston au moment où la lumière d'admission est fermée, le mélange est enflammé par une étincelle électrique et la délente se produit.

L'échappement a lieu par un autre tiroir A'.

L'étincelle est due à l'interruption d'un courant électrique émanant d'une pile renforcée par une bobine d'induction par l'intermédiaire d'un appareil appelé distributeur.

Le distributeur est un cercle en caoutchouc durci (substance qui, comme on le sait, est peu conductrice de l'électricité), ayant une ouverture centrale pour laisser passer l'une

des extrémités de l'arbre moteur; il est muni de deux arcs en cuivre de même rayon, représentant chacun à peu près un quadrant, et d'uti cercle en cuivre intérieur non interrompu qui

reçoit le courant. Une pièce complètement isolée, appelée/râleur, assez longue pour toucher à la fois le cercle intérieur et les deux arcs intérieurs, est entraînée dans le mouvement de

l'arbre. Quand cela a lieu, le courant aboutit à l'un ou l'autre des enjlammateurs, pointes de platine terminant les deux fils du courant et encastrées, avec isolement, dans les deux fonds du cylindre. Les interruptions produisent les étincelles qui doivent enflammer le mélange de gaz et d'air.

Le cylindre est muni d'une enveloppe à circulation d'eau pour empêcher qu'il ne s'échauffe; la circulation est établie par une petite pompe mise en mouvement par la machine.

Le tuyau d'arrivée du gaz présente, à une certaine distance de la machine, un renflement formant réservoir, qui, après chaque introduction, a le temps de se remplir de gaz à sa pression normale. On sait d'ailleurs que l'excès de cette pression sur la pression atmosphérique n'est que de quelques centimètres d'eau.

Dans deux expériences faites par M. Tresca, les consommations en gaz ont été respectivement de 3 mr , 166 et de a mc ,744 par cheval et par heure.

137. Moteur à gaz de M. Hugon. — Dans cette machine [fig- l 9&) Q u *> comme la précédente, est à double effet, le cylindre est alimenté par un mélange d'air et de gaz fait à l'avance, pour chaque cylindrée, dans une sorte de soufflet cylindrique S mis en mouvement par la machine.

Le mélange est distribué dans le cylindre par un tiroir T dans lequel se trouvent ménagées, en outre des orifices d'admission et d'échappement, deux cavités renfermant chacune un bec alimenté par du gaz à une pression de o œ ,6o à o m ,7o d'eau obtenue au moyen d'un petit soufflet mis en mouvement par la machine.

Ces becs étant allumés déterminent, au moment voulu, l'inflammation du mélange gazeux dans le cylindre; chacun d'eux s'éteint par suite de l'agitation produite par l'inflammation et est ramené au jour lorsque l'autre enflamme le mélange correspondant à l'autre face du piston ; il est rallumé par un bec fixe F.

Le réservoir de gaz pour l'alimentation des becs est en J. Un régulateur à force centrifuge commande le tiroir régulateur Y du mélange détonant.

Pour meure la machine en mouvement, on débraye le soufflet, on comprime une petite quantité de gaz pour allumer les deux becs fixes et l'on ouvre le robinet d'alimentation. On

tourne ensuite le volant pour déplacer les deux becs mobiles qui s'éteignent et se rallument par le jeu même de la machine.

444 SIXIÈME PABTIB. — CHAPITRE 11.

L'avantage de cette machine sur la précédente est de ne donner lieu à aucune interruption dans l'inflammation, comme cela arrive quelquefois lorsqu'on se sert de l'étincelle d'induction.

Une machine de 2 chevaux, expérimentée par M. Tresca ('), a dépensé, par cheval et par heure, 2"" ,6066 de gaz.

138. Machine à gaz à simple effet de MM. Otto et Langea. — Cette machine [fig. 199 et 200, qui est à simple effet, se

compose d'un cylindre vertical ouvert par le haut, renfermant

(' ) Annales du Conservatoire des Arts ec Métiers, 18G6.

un piston sur la surface inférieure duquel agit le mélange explosif.

La lige de ce piston, taillée en crémaillère, engrène avec une roue dentée; la circonférence intérieure de celte roue présente une série d'encoches correspondant à des galels dont

Fie. ■

les axes sont disposés, suivant une circonférence, sur un plateau monté sur l'arbre moteur.

Les encoches sont disposées de telle manière que le piston ne commande l'arbre que dans sa course descendante.

Le cylindre est entouré à sa partie inférieure, sur une hau-

446 SIXlfeMB PARTIS. — CHAPITRE IX.

leur au moins égale à la course du piston, par un manchon dans lequel circule de l'eau froide.

Un tiroir mû par un excentrique, monté sur l'arbre, permet, par deux orifices différents, l'introduction du gaz et de l'air sous le piston à partir de son point le plus bas jusqu'au moment où il est arrivé à une certaine hauteur; il ferme alors les orifices en même temps qu'il met, par une lumière qui le traverse, le bas du cylindre en contact avec l'atmosphère; un bec de gaz constamment allumé, placé très-près du tiroir, détermine l'inflammation du mélange gazeux, et presque en même temps le tiroir ferme la lumière du cylindre.

Par suite de l'explosion, le piston est soulevé et agit sur l'arbre; les gaz de la combustion se détendent, leur pression va en diminuant; celte pression descend même jusqu'à {d'atmosphère lorsque le piston a atteint le haut de sa course ; ce piston, sous l'action de la pression atmosphérique ei de son propre poids, redescend ; bientôt le tiroir ouvre la lumière du cylindre pour permettre aux gaz de s'échapper, et ainsi de suite.

D'après M. Tresca, celte machine; dont l'emploi devrait être limité à | de cheval, ne consomme que i mc ,35o par cheval et par heure, soit environ moitié de ce que consomment les machines à double effet, ce qui paraît paradoxal au premier abord ; mais M. Tresca explique ce fait en faisant observer que la pression des produits de la combustion du gaz descend rapidement au-dessous de i atmosphère, et qu'il faut que la machine à double effet dépense une certaine quantité de travail pour vaincre l'excédant de la pression extérieure sur. la pression intérieure.

139. Calcul du travail produit dans une machine à gaz. — La composition du gaz de l'éclairage est assez variable; nous supposerons la suivante, résultant de l'analyse d'un gaz bien épuré :

Hydrogène bicarboné (C 4 H 4 ) o, 128

Hydrogène protocarboné (C 2 H 4 ) o ,662

Oxyde de carbone (CO) 0,210

1 ,ooo

Nous rappellerons que Ton a

C = 75, H = i2,i5, O = ioo;

que, sous la pression barométrique 0,76, les poids spécifiques de l'hydrogène bicarboné, de l'hydrogène prolocarboné et de l'oxyde de carbone sont respectivement i kg ,275, 0^,727, i kg ,i245; d'où 0,848 pour le poids spécifique du gaz. Le vo*lume occupé par 1 kilogramme de gaz est donc égal à i mc ,i8o. En parlant des éléments ci-dessus, on reconnaît facilement que, pour brûler complètement 1 kilogramme de gaz en transformant le carbone en acide carbonique et l'hydrogène en vapeur d'eau, il faut employer 3 kg ,207 d'oxygène. La proportion correspondante d'azote dans l'air atmosphérique est

3,207 x^=io kg ,656; 23, i3

d'où, pour le poids d'air atmosphérique employé, i3 kg ,863. Les produits de la combustion se composent de

Acide carbonique 2 kg ,553

Vapeur d'eau .. i kg ,653

Azote 1 o kg , 656

Les poids spécifiques à zéro sous la pression 0,76 de l'acide carbonique de la vapeur d'eau et de l'azote étant respectivement 1^,977, o kg ,8o6, i kg ,256, celui des produits de la combustion est 1,259.

Le volume d'air employé est

et est sensiblement égal à neuf fois le volume du gaz. Ainsi on introduira en volume dans le cylindre 90 pour 100 d'air pour 10 pour 100 de gaz.

Les chaleurs spécifiques sous pression constante de l'acide carbonique, de la vapeur d'eau et de l'azote étant 0^,2 163, o cal ,48o5, o cal ,2438, celle des gaz brûlés est

La chaleur spécifique c' sous volume constant du même mélange se déduit de la formule (18) de la page 353 du tome 11; on trouve ainsi

d'où

Les pouvoirs calorifiques de l'hydrogène bicarboné, de l'hydrogène prolocarboné et de l'oxyde de carbone étant respectivement n858, i3o63, 24°3> on trouve, pour le pouvoir calorifique du gaz de l'éclairage, 10684 calories.

Supposons que le gaz d'éclairage et l'air atmosphérique soient à la température de i5 degrés; la quantité de chaleur contenue dans le mélange, avant l'explosion, est

o,2654 x i5 ■+- i3 k «,863 x 0,2377 x i5 = 53 cal .

11 reste ainsi

qui servent à porter à une certaine température t les gaz de la combustion, et Ton a

i4,656x 1,259* = 10631°*'; d'où

Soit q le poids de gaz introduit dans le cylindre ; le volume V occupé par le mélange avant l'explosion et à la température ambiante de i5 degrés

, v (j{\ -ho,oo367X i5o) 1 3,863^ (i-f- 0,00367 X i5o) o fi [ô) >0 ~ F^p "*" : o>{8 -iS,obq.

L'inflammation est assez rapide pour être considérée comme instantanée; de sorte que, en appelant p a la pression atmosphérique, la pression p 4 des gaz après l'explosion, en négligeant les fuites, est

< 4 > >'• = P- i-^o,oo36 7 x. 5' = 2 ' 94 ^'

Connaissant y, V et p le volume du cylindre et par suite le degré de détente, on aura, en se reportant au n° 19 de la IIP Partie, tous les éléments nécessaires pour calculer le travail moteur développé dans la machine.

On voit que, dans les machines à gaz, la pression initiale est très-limitée, et, lorsqu'elle atteindra son maximum donné par la formule (4), les gaz sont à une température très-élevée dépassant 5oo degrés, ce qui est un grand inconvénient au point de vue de la conservation des surfaces frottantes et des matières lubrifiantes.