TYPE
d'utilisation pratique
522 litres
2000 litres
IIo
IIIo
IV
Nous constatons d'abord que les moteurs des deuxième et quatrième groupe gardent dans la pratique la prééminence que la théorie leur assigne: le troisième groupe les suit de près; les moteurs du premier groupe viennent en dernière ligne, ne gardant que le seul avantage qui ressort d'une remarquable simplicité d'organes et d'une marche régulière.
Ces moteurs du premier type, à explosion, sans compression préalable, présentent une double infériorité: non seulement leur cycle est moins parfait, mais c'est encore celui qui est le moins bien réalisé ; le coefficient d'utilisation pratique ne dépasse pas 0,26.
Dans ces moteurs, l'action de paroi était nétaste ; dans le moteur Lenoir primitif, il passait 78 % du calorique au ruisseau et à la décharge.
(1) H ne s'agit que des moteurs du IIo type du genre Otto : la consommation des autres genres est plus grande.
Le moteur du 11° type aie plus beau coefficient d'utilisation pratique: il faut reconnaître que c'est aussi le plus étudié, puisqu'on n^en construit plus guère d'autres. ^.^ \ x^ a^^^f
Il y a lieu de distinguer entre les genres Otto et Clerk ; c'est le premier qui prévaut et la pratique condamme de plus en plus le second, dont l'utilisation est toujours un peu inférieure. De fait, le moteur Otto fournil d'excellents résultats. Voici d'après MM. Thurston et Cartwright la manière dont se répartit la chaleur disponible dans un moteur consommant 600 litres par cheval indiqué et 780 litres par cheval effectif.
Perte par Teau de circulation 46,90
— par rayonnement 10,76
— à réchappem«nt 23,55
— par frottements 4,10
— par travail de la pompe 0,42
Utilisation nette 14,27
Ces résultats, admirés autrefois, sont dépassés aujourd'hui. MM. Brooks et Stew^ard ont donné le tableau de répartition suivant, en 1884, à la suite de leurs essais d'Oboken.
Perte par l'eau de circulation 52,0
— par rayonnement 15,5
— à l'échappement 15,5
— Utilisation en travail indiqué .... 17,0
L'utilisation est déjà meilleure, et ce progrès est dû sans doute à une détente plus complète, car la perle à l'échappement a diminué.
Mes divers essais de 1883 ont donné des résultats analogues.
MM. Kidwel et Keller ont publié les chiffres ci-dessous, en 1890, pour un moteur Otto de 6 chevaux.
Peite par l'eau de circulation 50,16
— à l'échappement, etc 27,98
Utilisation nette 22,91
100,00 C'est un des plus beaux rendements que nous connaissions.
Les essais de la Société des Arts ont conduit à des résultats comparables pour un moteur Otto-Crossley :
Perte par l'eau de circalation 85,2
— à réchappement, etc 45,6
Utilisation nette 19,2
La consommation du gaz fut de 674 litres par cheval effectif. Mes expériences de 1885 sur le moteur Simplex sont résumées dans les chiffres suivants :
Perte par Teau de circulation 41 ,4
— à l'échappement, etc 37,7
Utilisation nette 20,9
Une machine Atkinson, essayée par la Société des Arts, a rendu 22,8 %, ainsi qu'il ressort des indications puWiées par le jury.
Perte par Teau de circulation 27,0
— à Tëchappement, etc 50,2
Utilisation nette 22,8
M. Hirsch a soumis un moteur à compression de M. Lenoir de 16 chevaux à une série d'essais, qui lui ont permis de relever une utilisation nette de 20 % alors que la consommation du gaz était de 600 litres par cheval-heure.
Il est donc constaté que le moteur du IP type, genre Otto, donne
facilement 20 et qu'il peutrendre jusqu'à 22^: le rendement théorique
maximum serait de 38 %\ cela nous conduit à un coefficient d'utilisation
pratique égal à 5^ = 0,87, au lieu de celui de 0,45 que nous avons
adopté comme rendement moyen.
Les moteurs du genre Clerk sont un peu inférieurs aux moteurs
du genre Otto ; on peut en juger par ce qui suit. Une machine de ce
genre construite par MM. Fawcet, Preston and C** de Liverpool, a été
étudiée par M. Miller, et il a assigné les valeurs ci-dessous aux pertes
et a l'utiUsation.
Perte par l'eau de circulation 49,9
— à l'échappement 80,5
Utilisation nette 19,6
En général, les moteurs à deux temps sont plus réguliers que les moteurs à quatre temps, mais ils consomment un peu plus de gaz. ,0n a beaucoup disserté sur ce fait, mais les opinions les plus contradictoires ont été émises et il est difficile de les concilier; les stratifications du D*" Otto expliquaient tout d'après les uns, alors que les autres né voulaient faire intervenir que le nachbrcnnen (slow-combustion) ou la combustion prolongée produite par la dilution du mélange dans les gaz brûlés. Les deux causes interviennent sans doute, mais on peut les confondre en une seule, car elles tendent à abaisser la température explosive et par suite à diminuer l'action refroidissante de la paroi. Cet effet, joint à ceux que produit la forte compression du mélange et l'exécution du cycle dans une seule enceinte sont sans doute les éléments principaux qu'il faut considérer dans la question. Si l'on pouvait prolonger la détente, le rendement augmenterait beaucoup et l'on verrait décroître les pertes par l'eau de circulation et par les gaz de la décharge: un moteur du genre Otto à grande détente causerait sans doute d'étonnantes et fort agréables surprises et le moteur Charon en a déjà donné la preuve.
Les moteurs du IIP type à combustion, avec compression préalable, réalisent bien aussi les conditions théoriques de leur cycle. Cela s'explique aisément par des considérations analogues à celles que nous venons de formuler à propos des moteurs du IP type. Il s'agit encore d'un cycle avec compression préalable, et nous devons en recueillir les avantages au point de vue de l'action de la paroi. Mais il y a un autre point de vue auquel il faut se placer pour apprécier à leur juste valeur les machines du IIP type. Dans le moteur à combustion, les températures de combustion sont réduites au minimum. Or, c'est précisément parce que la température de la réaction est moindre que le cycle est inférieur; c'est, par cela même que ce cycle est le mieux réalisé. Nous le voyons bien en établissant le bilan du moteur Simon : dans cette machine, l'enveloppe d'eau n'est pas à circulation, mais elle constitue une véritable chaudière à vapeur, chauffée par le gaz coniburant lui-même, à travers la paroi, et par les gaz brûlés de la décharge, qui s'échappent par une conduite tubulaire, à une température d'au plus 150**. La consommation d'eau est de 4 litres par cheval-heure: elle correspond à une perte de calorique égale à 4 [606,5 +0,305 (120 — 15)] calories, en supposant que, prise à 15**, elle soit vaporisée à 120**. La paroi emporte donc 2.512 calories: les gaz de la décharge soustraient d'autre part au cycle environ 395 calories; la perte totale est par conséquent de 2.907 calories, soit d'au plus 55 %. Ce calorique n'est pas perdu sans retour pour le travail.
puisque la vapeur vient agir sur le piston du moteur: les inventeurs se plaisaient à faire remarquer aux visiteurs de l'Exposition de 1878 que leur machine pouvait marcher quelques minutes après la fermeture du robinet à gaz, par le seul effet de la vapeur d'eau. En somme, nous voyons pourquoi et comment le cycle des moteurs du HP groupe est si bien réalisé.
Remarquons enfin que le Iir type, est abandonné depuis plusieurs années et qu*il n'a plus fait aucun progrès, alors que les machines du IP type ont été l'objet d'heureux perfectionnements, qui ont abaissé leur consommation pratique de 900 à 700 litres et même moins. Nous sommes persuadés que Ton reviendra à ce type et qu'on le fera avec succès, surtout pour les grandes puissances. Ces moteurs sont légèrement inférieurs aux moteurs du genre Otto, mais ne le cèdent en rien à ceux du genre Clerk.
Quant aux moteurs atmosphériques, ce sont bien les plus parfaits de tous, puisqu'ils excellent encore par leur moindre consommation. Leur cycle ne présente pas plus de déformations que celui du moteur Otto et de ses similaires; mais le déficit n'est pas dû à la paroi; il faut l'attribuer surtout à l'imperfection des mécanismes dont l'agencement extrêmement compliqué entraîne des résistances passives énormes. Ces moteurs auraient pu supplanter tous les autres: ce sont eux au contraire qui ont disparu, parce que, malgré tous les efforts de Langen et d'Otto, on n'a pas réussi à corriger les défauts organiques de la machine. Le moteur de Bisschop a survécu, mais il réalise un type mixte qui ne présente pas tous les avantages de la véritable machine atmosphérique.
Les considérations qui précèdent seraient incomplètes, et nos conclusions paraîtraient stériles, si nous n'indiquions pas ici quelques règles pratiques de direction, que nous croyons susceptibles d'améliorer le rendement de nos moteurs: ces conseils s'adressent à ceux qui se décideront à installer dans leurs usines des moteurs à gaz, et à ceux qui poursuivent de leurs efforts le perfectionnement du moteur à gaz.
Et d'abord, il est évident pour quiconque a suivi nos raisonnements, que le rendement d'un moteur doit augmenter avec la température de la paroi.
Nous recommanderons en conséquence de faire marcher les moteurs à la température la plus élevée : ils fonctionnent bien à 75°, voire même à 8S% sans qu'on risque de grippement, lorsque le graissage est surveillé et qu'il se fait convenablement, avec de bonne huile.
Voici une seconde règle non moins importante: le rendement d'un
moteur diminue avec la quantité de travail fournie, quand ce moteur ne développe pas son travail nominal.
Expliquons notre pensée sur un exemple.
Un moteur Otto, de la Compagnie française, a, pour la force de 4 chevaux, un cylindre de 170 millimètres de diamètre, une course de 340 millimètres et il est réglé pour une vitesse de 160 tours. En marche normale, ce moteur fournit un travail moyen de 4 chevaux: c'est son travail nominal ou, pour mieux dire, le travail garanti par le constructeur. Or, cette machine donnant son plein, consomme environ 800 litres par cheval-heure; mais, aussitôt qu'on ne lui demande qu'un cheval ou deux, la dépense proportionnelle s'élève. Pour un quart de cheval, la consommatio^ totale atteint 1.400 litres, soit 5.600 litres par cheval-heure ! Cette dépense sextuple s'explique fort aisément par l'action de la paroi: en effet, dans cette désastreuse expérience, la faible quantité de mélange tonnant admise dans le cylindre parcourt le cycle en présence d'une paroi d'une étendue considérablêTùn cylindre de 80 millimètres de diamètre et 160 millimètres de course suffirait à la tâche et il présenterait au contact des gaz chauds une surface refroidissante beaucoup moindre; la déperdition relative du calorique dans le grand cylindre est nécessairement énorme. Il est par conséquent irrationnel et imprudent de choisir un type de moteur d'une force plus grande que celle dont on a besoin. Il vous faut le travail d'un cheval? Achetez un moteur d'un cheval et repoussez comme une tentation les offres d'un agent intéressé, désireux de placer une machine d'un modèle plus fort; il cherchera à vous séduire en vous affirmant que le rendement pratique augmente avec les dimensions du moteur; c'est le plus souvent exact, mais cette proposition, vraie en thèse générale, est devenue fausse dans votre cas particulier, et ce n'est plus qu'un sophisme. Un négociant ne se laisserait pas tromper, si on l'invitait à acheter plus de marchandises qu'il ne saurait en écouler dans sa clientèle, sous le fallacieux prétexte de le faire bénéficier d'une légère réduction sur le prix de l'unité I
Voyons du reste quels sont les avantages relatifs des machines puissantes sur les moteurs de petite dimension. Les pertes dues au frottement, et, en général, toutes les résistances passives, sont moindres dans les grands engins, quand on les rapporte à l'unité de travail, cela est bien évident: il en ressort donc un premier avantage qui se traduit par une diminution sensible de la consommation par cheval effectif. Or,raction de paroi agit dans le même sens, et elle tend aussi à diminuer la dépense, car, le diamètre ducylindre croissant, le rapport
^ de la surface de la paroi au volume du gaz tonnant diminue et le
rendement devient nécessairement meilleur. Il est donc à désirer qu'on puisse appliquer les moteurs à gaz aux grandes productions de force: la consommation par cheval-heure sera assurément réduite toutes choses égales d'ailleurs.
Gardons-nous toutefois d'une illusion: il n'en est pas du moteur à gaz comme d'une machine à vapeur. Dans cette dernière, le rendement s'améliore beaucoup quand ses dimensions augmentent: une machine de 2 chevaux consomme de 16 à 18 kilogrammes de vapeur par cheval-heure effectif alors qu'une machine de 500 chevaux n'en exige que 9 à 10 au plus ; le rendement organique passe de 0,65 à 0,90.
On devrait donc aussi réaliser une économie notable en employant des moteurs monocylindriques de 50 à 100 chevaux de puissance; malheureusement jusqu'à ce jour nos espérances ont été déçues . Un moteur Otto de 10 chevaux a consommé, dans les expériences de MM. Allard, Leblanc, Joubert, Potier et TrescalO litres de gaz de plus par cheval-heure effectif qu'un moteur de 4 chevaux: on s'attendait au contraire à une amélioration du rendement. J'ai essayé des moteurs de toute dimension: ce sont ceux de 8 à 12 chevaux qui m'ont donné les plus beaux rendements. Ce résultat est paradoxal, mais on peut l'expliquer, en tenant compte de ce que le moteur du 11" type, qui est presqu'uniquement construit aujourd'hui est un moteur à explosion. Je suis convaincu qu'un moteur du lll" type donnerait un meilleur résultat, et c'est encore des moteurs à combustion, totalement abandonnés en ce moment, que j'attends la meilleure solution pour la production des grandes forces.
Aux ingénieurs et aux inventeurs d'étudier cette question, les premiers par la théorie, les seconds par les essais les plus variés: le concours des deux est indispensable au succès. Dans l'histoire des moteurs à gaz figurera sans doute un jour, à côté du nom du D'" Otto et de M. Dugald Clerk, celui d'un obscur ouvrier, qui aura fait une très belle et très fructueuse invention.
Pour moi, qui suis peut-être théoricien plus que praticien, mais qu'on ne saurait accuser d'être théoricien à outrance, je recommande de chercher surtout à réduire les pertes par les parois : pour cela, il faut compléter les combustions et Jes détentes^ marcher à grande vitesse à température élevée et travaillerj sans dilution exagérée^ avec une forte compression préalable.
