Musil, Die Motoren fur das Kleingetoerbe, Page

Vers le même temps, un ingénieur américain appliquait ses efforts à la résolution du même problème industriel. Sa patente remonte à 1872, mais ce n*est qu'en 1876 que le Ready-Motor de Brayton acquit sa forme définitive, sous laquelle il est actuellement connu et fort apprécié. Le mode de carburation de Tair est autre que dans la machine Hock. L*air, comprimé par une pompe, pénètre dans le cylindre à travers une série de disques de bronze perforés entre lesquels se trouve une masse spongieuse, imprégnée d'un hydrocarbure lourd par le jeu continu d'une petite pompe alimentaire. C'est sous forme de rosée que le liquide est entraîné et projeté sur une toile métallique, derrière laquelle la combustion se maintient sans interruption et sans explosion. Pour mettre le moteur en train, il suffit d'introduire une allumette sur le trajet du gaz combustible : un regard spécial est disposé à cet effet au fond du cylindre régulateur.

Le moteur Brayton est le type des machines dans lesquelles le mélange combustible est enflammé graduellement sans que sa pression s'élève : le fluide se dilate progressivement derrière le piston qu'il fait reculer dans le cylindre ; ce genre de machines a justement attiré l'attention des savants aussi bien que des ingénieurs. Des questions théoriques du plus haut intérêt ont été soulevées à ce sujet: nous en remettons l'exposé et la discussion à un chapitre spécial.

Construit dans les ateliers d'Exeter (New Hampshire), le Ready- Motor acquit une certaine réputation : Brayton réussit à ne dépenser que 275 centimètres cubes d'huile lourde de pétrole par cheval et par heure et ce résultat était remarquable. Sa machine fut exposée à Philadelphie, en 1876, et elle reparut à Paris, en 1878: on nous dit alors qu'un grand nombre de ces moteurs de 5 à 10 chevaux étaient en service aux États-Unis .

Revenons en Europe où l'on réalisait d'incessants progrès.

Nous voyons apparaître à Cologne, en 1874, la machine Gilles, dans laquelle on s'est proposé surtout de corriger les défauts de l'infernal moteur de Deutz. 11 s'agissait de supprimer le ferraillement des roues dentées et ces coups formidables de piston qui le faisaient comparer à un marteau-pilon ; pour atteindre ce but, Gilles eut recours à une combinaison de deux pistons adossés, entre lesquels détonait le mélange explosible: l'un d'eux (Arbcits-Kolbon) était moteur, l'autre [Flug-Kolben) était libre et devait atténuer les chocs; le premier agissait sur la manivelle de haut en bas, le second était lancé de bas en haut et ne s'arrêtait qu'après que le travail résistant de la pression atmosphérique et celui de son poids avait absorbé sa force vive. Un arrêt ingénieux le maintenait au sommet de sa course jusqu'à ce que

le piston moteur eût achevé son mouvement et fût revenu à son point mort de départ, sous l'action de la pression de l'atmosphère; il redescendait alors et réoccupait sa position initiale.

Il est incontestable que Fidée de Gilles était des plus heureuses et parfaitement applicable; elle fut réalisée d'une manière convenable par la maison Humboldt, de Kalk, mais ce moteur fut beaucoup plus apprécié en Angleterre (*) qu'en Allemagne ; il resta inconnu chez nous. J'ai lieu de croire que sa construction a été abandonnée entièrement aujourd'hui (*) .

La Compagnie des moteurs à gaz de Deutz aurait été gravement atteinte dans ses intérêts, si Gilles avait réussi; elle sentit le péril et fit les plus grands efforts pour améliorer son type ; mais ce fut en vain. Il semblerait que les machines atmosphériques ne puissent rester économiques en devenant moins assourdissantes. Aussi vit-on tout à coup les ingénieurs de Deutz renoncer au bénéfice de l'exploitation de leur premier modèle, qui avait fait leur fortune et leur célébrité, et demander aux moteurs à transmission directe une solution complète du problème.

Ils dotèrent l'industrie d'un nouveau chef-d'œuvre : le moteur Otto a été longtemps la perfection du genre.

Il fit son apparition en 1878 à l'Exposition de Paris, en même temps que les moteurs de Bisschop, L. Simon et fils de Nottingham, et Ravel. Nous allons décrire successivement ces quatre machines ; elles n'ont assurément pas la même valeur pratique, mais présentent toutes des dispositions ingénieuses et nouvelles, qui font époque dans l'histoire des moteurs.

La machine Otto est horizontale, d'un modèle élégant, qui présente

une grande ressemblance avec le type Corliss. Le cylindre, soutenu

en porte-à-faux, est terminé par une culasse évidée en forme de cône,

au fond de laquelle est disposé l'appareil de distribution. A fond de

course, le piston laisse derrière lui un grand espace, dont la capacité

est égale aux ô du volume engendré dans un demi-tour de manivelle ;

ce serait dans une machine à vapeur un espace nuisible^ c'est dans le moteur Otto un espace essentiellement utile.

1. Le moteur Gilles se trouvait encore exposé en 1878 dans la section anglaise. Il était construit par M. Simon do Nottingham.

2. Nous aurions encore à citer le moteur Hallewcll, breveté en 1875, dans laquel Pexplosion est utilisée pour faire le vide dans une enceinte avec laquelle les deux faces du piston sont mises tour à tour en communication : la pression atmosphérique agit donc à double effet dans ce moteur.

Le cylindre fait double office, de pompe de compression et de moteur; le cycle n'est terme qu'après deux révolutions de Tarbre moteur, soit après quatre coups de piston, sur lesquels un seul transmet à Tarbre de couche une impulsion motrice. Le premier coup aspire le mélange explosible, le second le comprime; dans le troisième, Fexplosion a lieu avec détente, et les gaz résiduels sont expulsés en partie au quatrième.

Cette disposition a pour objet de diminuer la vitesse explosive, d'atténuer par conséquent les chocs, et d'opérer une combustion lente dont la température est moindre que dans les premiers moteurs. Nous nous réservons de discuter, dans un chapitre spécial, les moyens adoptés par les ingénieurs allemands pour réaliser leur but ; pour le moment nous voulons n'être qu'historien, et décrire les procédés mis en œuvre. Le mélange explosif est introduit dans la chambre de combustion par aspiration et il se mêle aux résidus de l'opération précédente : c'est une première cause de retard dans la combustion. De plus, le mélange actif est composé d'une manière spéciale. On introduit dans le cylindre, non pas un mélange unique et homogène, mais deux mélanges de composition différente: le premier est formé de douze parties d'air au plus, pour une partie de gaz, tandis que le second est très riche en gaz. A l'aide d'un dispositif très ingénieux, les parties les plus inflammables sont voisines du point d'allumage, tandis que le mélange le moins explosif suit le piston dans son mouvement de progression: l'inflammabilité et l'activité du mélange décroissent donc à partir de la lumière. M. Otto a voulu de la sorte retarder la combustion explosive et amortir le choc sur le piston: il a réussi. Mais y-a-il lieu d'attribuer à ce fait les éminentes qualités de sa machine? J'en doute, et, en tous cas, cela est fort discutable.

Le dispositif adopté rendait l'allumage plus difficile : il fallut loger le mélange le plus explosif dans une cavité, ménagée dans la culasse, de telle sorte que la flamme fût projetée comme un dard de chalumeau dans le cylindre et sillonnât le mélange combustible: la forme du tiroir a été choisie à cet effet avec une rare intelligence. Tous les détails de ce moteur sont remarquables du reste et nous ne saurions trop les louer.

Les résultats pratiques du moteur Otto ont été excellents dès le début, au double point de vue de la régularité de marche et de la consommation; une dépense de 900 litres par cheval-heure est tout à fait courante : 35 litres d'eau suffisent d'autre part pour rafraîchir le cylindre à 75**. En somme, le succès de la maison Otto a été complet et, de Tannée 1877 au l*^"* janvier 1881, il avait été vendu 5.425 mo-

leurs, représentant un total de 16.189 chevaux. Aujourd'hui, en 1891, plus de 35.000 moteurs Otto, fonctionnent dans l'industrie.

Ce succès colossal devait faire naître des contrefaçons ; elle n'ont pas tardé et M. Otto s'est vu obligé d'engager maints procès, pour défendre son bien.

Mais la question s'est présentée dans la suite sous un autre point de vue : l'expérience a mwitré que le cycle à quatre temps est le plus économique el le mieux adapté aux bonnes conditions de marche des moteurs à gaz ; hors du cycle à quatre temps, il n'y a, pour ainsi dire, pas de succès possible. Dès lors, les inventeurs empruntèrent à la machine Otto son cycle, tout en modifiant ses organes ; des procès furent intentés par Otto aux premiers constructeurs qui osèrent faire cette sélection, et les tribunaux de Londres, de Leipzig, de Munich et de Paris eurent à décider si la marche à quatre temps était oui ou non la propriété des ingénieurs de Deutz. Le mémoire de Beau de Rochas constituait une antériorité sur Texamen de laquelle dût se concentrer toute l'attention des juges : la question était délicate, car il était clair que, si Beau de Rochas avait imaginé le cycle, Otto avait seul pu le rendre pratique ; en réahté, c'était bien Otto qu'on copiait, mais on s'en défendait et on ne parlait que de Beau de Rochas. Les tribunaux jugèrent différemment : en Angleterre, Otto triompha, mais il fut battu partout ailleurs. Les brevets Otto de 1876 et 1877 devant expirer en 1891 et 1892, il en résulta un faible dommage pour la maison allemande. Aujourd'hui, tous les constructeurs emploient le cycle à quatre temps en rendant bruyamment hommage au génie de Beau de Rochas.

Le second moteur qui se fit remarquer à l'Exposition de 1878, était celui de M. de Bisschop : c'est par excellence le moteur de la petite industrie.

MM. Mignon et Rouart (aujourd'hui Rouart frères), qui en ont entrepris l'exploitation, en construisent surtout deux modèles de 6 et de 25 kilogramme très, dont le prix n'est que de 625 ou 1,140 francs et qui ne dépensent que 10 ou 25 centimes par heure, au prix du gaz de Paris. On cite de ces moteurs qui ont marché sans interruption deux ou même trois mois, jour et nuit, sans qu'on y touchât; aucune machine connue n'eût pu réaliser cette merveille.

Une expérience de deux ou trois ans en avait déjà démontré les précieuses quahtés quand ce moteur parut à l'Exposition ; on apprécia beaucoup sa marche silencieuse, la douceur de son fonctionnement, sa construction simple et robuste. La dépense en gaz est, il est vrai, plus considérable que celle des moteurs Otto, à égalité de travail;

c'est assurément cette considération qui a décidé les constructeurs à ne faire que des petits modèles, pour lesquels un léger excès de consommation est racheté par de nombreux avantages et particulièrement par celui de ne pas exiger d'eau.

Ce moteur appartient à une classe mixte : il utilise l'explosion à l'ascension du piston et la pression atmosphérique à la descente. Le mélange explosif est cantonné au bas du cylindre et il existe, entre ce mélange et le piston, un coussin d'air qui se chauffe et se comprime pendant l'explosion, pour se refroidir aussitôt après. En apparence, c'est une machine à simple effet; mais, en réalité, l'effet est double, attendu que le vide est utilisé dans la seconde phase du cycle comme dans les machines atmosphériques. Le refroidissement s'opère par des nervures venues de fonte, dont la surface rayonnante égale cinq fois celle du cyhndre qui en est revêtu. Non seulement on n'est pas obligé de le refroidir par un courant d'eau, mais il faut même le chauffer au moment de la mise en train, pour empêcher la condensation des eaux produites par la combustion et faciliter les premières détonations.

MM. L. Simon et fils exposaient un moteur qui présentait le plus grand intérêt théorique ; deux traits suffisent à le caractériser : la combustion y est réellement lente et graduelle, et les chaleurs perdues sont utilisées à former de la vapeur, dont la force élastique s'ajoute à celle du gaz au moment de l'explosion.

La compression se fait dans un cylindre séparé, d'où le mélange d'air et de gaz passe dans un cylindre de travail, en s'enflammant progressivement au contact du brûleur. A une introduction subite, suivie d'explosion, se trouve donc substituée une inflammation continue et une dilatation à pression constante, qui pousse le piston en développant un travail moteur, comme dans le moteur Brayton. Enfin, en s'échappant, les gaz chauffent une petite chaudière tubulaire alimentée par l'eau qui a circulé autour du cylindre ; la vapeur produite pénètre dans le cyhndre avec une certaine tension, se surchauffe au moment de l'explosion et agit sur le piston, comme dans le cylindre d'une machine à vapeur. Cette action auxiUaire était considérable, et les inventeurs se plaisaient à faire remarquer que leur moteur pouvait marcher plusieurs minutes après la fermeture du robinet à gaz, par le seul effet de la vapeur.

La consommation du moteur Simon était, assure-t-on, d'environ 800 litres de gaz et 4 litres d'eau par cheval et par heure; néanmoins, sa construction a été abandonnée.

Il me reste à parler du quatrième moteur exposé en 1878, celui de M. Ravel ,appelé par son inventeur à centre do gravité variable.

C'est une machine oscillante dans laquelle la force explosive est employée à élever un piston pesant. Cette masse, ayant atteint la partie supérieure du cylindre, agit alors à son extrémité comme un bras de levier et le fait basculer autour des tourillons dont il est muni. Mais, dès que le piston est revenu occuper le point le plus bas, une nouvelle explosion se produit et le chasse à l'autre extrémité du cyUndre, devenue un point culminant, d'où il retombe encore et ainsi de suite. Sous cette impulsion périodique, l'arbre de couche qui forme le prolongement des tourillons prend un mouvement continu de rotation.

Ce moteur donnait le cheval-heure par une dépense de 500 à 600 litres, ce qui est vraiment admirable ; mais les constructeurs ne se soucièrent pas assez du côté pratique et leur moteur ne put même point fonctionner continuement au Champ de Mars. L'idée était ingénieuse, mais sa réalisation était ardue : M. Uavel échoua, mais nous retrouverons plus loin son nom.

Telle était l'industrie des moteurs à gaz en 1878.

Le moteur était créé. Otto avait montré ce qu'on pouvait attendre de cette machine, dont la marche douce, régulière et silencieuse dépassait toutes les espérances ; il s'agissait de la perfectionner en la rendant plus robuste et plus économique. Pour cela, il fallait chercher à prolonger la détente, à réduire les pertes de calorique, à modifier quelques organes délicats et à diminuer les frais d'entretien. La brillante fortune de la maison de Deutz encouragea les chercheurs et de nombreux moteurs virent le jour: nous renonçons à les signaler tous, mais nous mentionnerons du moins ceux qui ont été construits et dont le rendement a été satisfaisant en caractérisant brièvement ce qu'ils ont d'original.

Un des plus remarquables est assurément celui de M. Dugald- Clerk : il fut exposé pour la première fois à Londres, en 1879, par MM. Thomson, Sterne et G^ C'est un moteur à deux cylindres, l'un de travail, l'autre de compression chargé en outre de balayer, par un courant d'air pur, les produits d'une explosion antérieure : à chaque tour de manivelle correspond une détonation, de telle sorte que la puissance de la machine est double, à égalité des dimensions principales, et que sa marche est beaucoup plus réguUère. Cet objectif, très simplement réalisé, est devenu la pierre philosophale des inventeurs : il en est malheureusement un petit nombre qui aient réussi aussi bien que M. Clerk. Cet ingénieur, dont les travaux ont

contribué à l'édification d'une théorie rationnelle des moteurs à gaz, estime que le rendement maximum doit appartenir aux machines à compression préalable et à explosion rapide ; je partage entièrement ses idées et saisis avec empressement l'occasion de signaler que la pratique a donné gain de cause au savant théoricien ; la machine Clerk marchait fort bien à l'Exposition internationale d'électricité, en 4881, et je citerai, sur la foi du numéro du 3 février de YEngineering, une consommation de 870 litres par cheval-heure.

Les ateliers de Linden, près Hanovre (Hanoverschen-Machinenbau- Actièngesellschaft), entreprirent la construction d'un moteur inventé par M. Wittig et Hees. 11 se composait de deux cylindres verticaux renfermés dans un même bain d'eau ; la disposition d'ensemble était satisfaisante au point de vue exchisivement mécanique, mais le cycle était celui de toutes les machines à compression préalable. Le régulateur seul présentait quelque nouveauté : le cylindre recevait une pleine charge ou bien il marchait à vide, suivant les besoins. D'après M. Schœltler, ce moteur le cédait à celui de M. Otto pour la régularité aussi bien que pour la consommation ; des essais au frein ont fait évaluer à 1116 litres la dépense par cheval et par heure (*).

MM. Kœrting frères, de Ilançvre, ont exploité un brevet de M. Lieckfeld : il est assez voisin du précédent, dont il ne diffère que par le mode d'allumage et la disposition des organes de réglage de la vitesse. Il serait difficile de décrire ces organes sans recourir à un dessin ; nous nous contenterons donc de les signaler ici, réservant leur étude pour un chapitre spécial. Mais nous manquerions à la justice en négUgeant de constater que le graissage de ces moteurs est remarquablement économique, à tel point qu'une machine de quatre chevaux ne consomme que pour 18 centimes d'huile dans un journée de dix heures de travail. La dépense en gaz était un peu supérieure à celle de la machine Otto; M. Schœttler l'estimait en 1880 à 1275 litres par cheval et par heure (*) : elle a baissé depuis lors, car ce moteur a été grandement perfectionné.

L'Allemagne a produit vers ce même temps plusieurs autres types, parmi lesquels nous ne citerons que celui de M. Léo Funck, d'Aix-la- Chapelle : dans un cylindre horizontal étaient adossés deux pistons, moteurs tous deux, entre lesquels se produisait l'explosion. Ce dispositif ingénieux a été reproduit récemment.

Aucun de ces moteurs ne vint solliciter les suffrages des électriciens, lors de l'Exposition internationale d'électricité de 1881 ; la