MOTEURS DU PREMIER TYPE
Moteur Lenoir primitif (*).
Le dispositif de cette machine ne diffère pas sensiblement du type des machines à vapeur horizontales à bielles articulées ; ce modèle simple, compact et peu encombrant avait, en 1 860, toutes les préférences des constructeurs, et Marinoni put rappliquer facilement et sans grandes modifications à la production de la force motrice par Texplosion d'un gaz tonnant.
La figure 33 reproduit le type de 1860, tel qu'il fut donné dans la Publication industrielle d*Armengaud.
A est le cylindre moteur ; il est fondu avec son enveloppe et porte sur ses faces latérales des bossages destinés à recevoir les appareils de distribution G et de décharge G ; il est boulonné sur un bâti de fonte à grande surface, lequel soutient tout l'ensemble des organes de transmission et de modification de mouvement. Ceux-ci sont établis comme dans les machines à vapeur : un arbre coudé est attaqué par une bielle à fourche, reliée à la crosse de la tige du piston ; le mouvement rectiligne alternatif de cette tige est assuré par un guidage B.
De chaque côté de Tarbre de couche sont calés les excentriques qui commandent les tiroirs T et T'.
(1) Nous présenterons autant que possible les moteurs de chaque type et de chaque genre dans leur ordre chronologique do création ou de transformation.
(2) Nos lecteurs s'étonneront peut-être de voir décrire ici une machine qui ne se construit plus ; mais l'importance historique de ce moteur, la disposition heureuse et la forme du mécanisme justifient bien ce retour vers le passé, d'autant plus que celte étude est extrêmement utile pour l'intelligence des progrès réalisés depuis 1860.
Le piston à garnitures métalliques, ne présente aucune particularité à signaler, si ce n*est toutefois qu'on a ménagé sur ses deux faces un évidement destiné à laisser pénétrer dans son épaisseur l'extrémité des inflammateurs b et b\ qui font saillie sur les fonds, afin de diriger Télincelle dans Taxe des canaux d'admission du mélange tonnant.
La machine est à double effet.
Le gaz arrive par un tuyau à deux branches dans deux chapelles G, de forme cylindrique, munies d'un orifice rectangulaire du côté du tiroir ; ce tiroir glisse entre deux surfaces dressées.
Fig. 33
Le tiroir, qui est un des organes les plus délicats du moteur, est en bronze ; il présente sur toute sa hauteur des évidements rectangulaires qui livrent passage à l'air; les évidements sont formés de tubes cylindriques de 2 millimètres de diamètre alternant avec des trous de 6 millimètres. Le gaz de la chapelle entre par les tubes, tandis que l'air appelé du dehors par le piston pénètre à travers les trous ; de cette manière les veines du comburant et du combustible se mêlent intimement et forment un mélange tonnant, allumé par l'étincelle de la bobine de Ruhmkorf B, quijaillit en b et b\
C'est à mi-course du piston que le tiroir T' se ferme et que l'explosion a lieu: sous cette impulsion, le piston achève sa course; puis le
tiroir de décharge T, placé en face, laisse échapper les gaz plus ou moins distendus. La pratique avait indiqué qu'il convenait de produire l'inflammation avant fermeture complète du tiroir d'admission; quant au tiroir de décharge, il devait avoir une légère avance.
La même série de phénomènes, se déroulant derrière la face opposée du piston, détermine son mouvement alternatif: l'action à double effet du moteur résulte des deux jeux de tiroirs, disposés aux deux extrémités du cyhndre. Un même excentrique commande chaque paire de tiroirs.
Les chapelles d'échappement sont symétriques des chapelles d'admission : elles conduisent les gaz brûlés dans un collecteur qui s'élève verticalement, de manière à faire office de cheminée d'appel, ce qui diminue la contrepression. Inutile de dire que le tiroir de décharge, Identique d'ailleurs au tiroir d'admission, ne présente pas le dispositif des tubes mélangeurs.
Une circulation d'eau rafraîchit les parois du cyhndre et les chapelles de décharge. L'eau entre d'abord dans ces chapelles et passe de l'une à l'autre par un tuyau horizontal de communication: puis elle parcourt l'enveloppe du cylindre et les fonds, et elle se déverse enfin dans un vaste réservoir disposé spécialement pour opérer son refroidissement. La même eau sert toujours. ^
Les inflammateurs h et b' se composent d'un boulon de cuivre taraudé, traversé par un petit crayon de porcelaine, dans lequel est engagé le fil conducteur. Ce fil est négatif, tandis que toute la masse métallique est positive; la figure permet de suivre les fils qui relient le distributeur H et les inflammateurs h et A' aux pôles de la bobine. Ce distributeur sera décrit dans tous ses détails au chapitre suivant.
Pour mettre le moteur en train, il suffit d'actionner le volant, afin de faire avancer le piston, qui aspire le mélange tonnant derrière lui: l'étincelle jaillit alors et l'explosion achève de pousser le piston à fond de course. Le volant triomphe du point mort par son inertie, et ramène le piston en arrière : dès lors, la marche du moteur est assurée.
Le moteur Lenoir est un des seuls qui marche à double effet: c'est une grande supériorité à bien des égards, qui est malheureusement incompatible avec la compression préalable, et qu'on paie dès lors fort cher par une augmentation de la dépense de gaz. De plus, la marche à double effet a pour résultat d'élever considérablement la température des parois, ce qui est un autre inconvénient grave. En dernière analyse, les avantages de régularité et de compacité des machines à double effet sont largement compensés, et l'on y a généralement renoncé. Lenoir lui-même a abandonné son type primitif
pour créer un moteur nouveau, à simple effet, mais à compression préalable, dont on trouvera plus loin une description détaillée.
L'exemple du célèbre inventeur semble condamner sans appel tous les essais qui ont été tentés pour adapter la compression à la marche à double effet.
Moteur Bénier.
11 semble que la principale préoccupation de Tinventeur de cette machine ait été de créer un type simple, compact et peu coûteux: il y a réussi parfaitement. Ses formes sont extrêmement ramassées, ainsi qu'on peut en juger par la figure 34, sans que toutefois les organes essentiels de la machine aient cessé d'être aisément abordables, tant le mécanisme est peu compliqué.
Fig. 31
C'est par l'intermédiaire d'un levier du second genre, formant balancier, BCD, que le cylindre A attaque la manivelle par la bielle en retour CM: toutes ces pièces sont renfermées dans l'intérieur d'un bàli prismatique.
L'admission et l'allumage se font par un tiroir unique E, mû par la came G; des ressorts de rappel r maintiennent le tiroir au contact de
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celte came. Le piston aspire Tair et le gaz jusqu'à moitié course; puis le tiroir amené une flamme dans l'axe de la lumière d'admission et l'explosion a lieu: un bec veilleur rallume cette flamme à chaque coup- La décharge s'opère par une soupape d^'échappement, disposée derrière la machine et gouvernée par une came spéciale.
Le refroidissement est assuré par une circulation d'eau froide à travers l'enveloppe du cylindre.
Ce dispositif est en somme très remarquable par sa simplicité et il permet aux constructeurs de livrer leurs machines à des conditions avantageuses pour les acquéreurs.
On pourrait se demander si la consommation du gaz ne vient pas compenser le bas prix du moteur: M. Bénier répond à cette question en affirmant, dans ses prospectus, que le moteur d'un cheval ne dépense que 1,400 litres par heure.
m Moteur Forest.
Cet appareil, comme ses devanciers, est constitué par un cylindre à simple effet, dans lequel se meut un piston, auquel la déflagration du mélange tonnant imprime une impulsion par tour: il n'y a pas de compression préalable. C'est donc encore un moteur destiné aux petits ateliers.
La machine se voit en élévation et en plan, dans la figure 35; elle repose sur un double chevalet, boulonné sur une solide plaque de fondation. La transformation du mouvement rectiligne alternatif en un mouvement circulaire continu se fait simplement par un balancier d'Olivier Ewans, fixé par sa partie supérieure en B', à la plaque de fondation, et menant une bielle de retour CD, qui côtoie le cylindre et vient attaquer la manivelle M qui porte le volant.
La distribution s'opère à l'aide d'un tiroir E, qui est mù par la came G, laquelle appuie sur la roulette r, tandis qu'un ressort tend constamment à le ramener contre la surface de la came. E' est la plaque d'arrivée de l'air E" une contreplaque de réglage, qui modère l'afflux d'air. Le gaz arrive par dessous, le tiroir E avance, supprime l'admission et amène le brûleur a dans l'axe de la lumière c: l'explosion a lieu aussitôt.
Au retour du piston, le tiroir recule et laisse les produits de la combustion s'échapper par les ouvertures marquées en noir sur le dessin et correspondant au tuyau de décharge S.
Le brûleur a est alimenté de gaz par N: éteint par Texplosion, il vient se rallumer chaque fois au bec veilleur R.
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Kk^j\jLA,AJym 1^
Fig. 35
La régularisation de cette machine est défectueuse, attendu qu'elle s'effectue par la contreplaque de réglage E", qui fait varier la proportion d'air dans le mélange : il en résulte des combustions incomplètes par défaut de comburant, lorsque la machine s'emporte. Cette contreplaque peut être commandée par le régulateur ou bien manœuvrée à la main par les vis v, ainsi qu'on le voit sur le dessin.
Pour refroidir le cylindre, M. Forest l'a entouré d'une nervure hélicoïdale très mince et de grande surface, venue de fonte avec lui, et présentant un contact très étendu avec l'air ambiant.
Le dessin ci-dessous (fig. 36) fait voir ce moteur en perspective et il permet de mieux juger de l'ensemble de ses dispositions.
Fig. 36
Le moteur Forest se construit de cinq grandeurs, depuis 4 kilogrammètres jusqu'à 1 cheval; le premier modèle a 46 centimètres de long sur 30 de large et il consomme, dit-on, 200 litres parj heure; le type d'un cheval demanderait 1,400 litres. Ce seraient des Résultats tout à fait remarquables pour ce type de moteurs.
Economie Motor.
L*origine de ce moteur est américaine r il est exploité par une Compagnie de New- York, avec succès, disait le Scienlific américan du 8 septembre 1883.
C'est encore un petit moteur, dont la force ne saurait dépasser celle
d*un demi-cheval. Son dispositif est ingénieux, mais il est plus compliqué que celui des deux moteurs Bénier et Forest que nous venons de décrire. Le mouvement est transmis du cylindre A à l'arbre moteur 0 (fig. 37) par le balancier E F G et la bielle pendante B ; la contremanivelle aby liée par Cda à la manivelle OC, commande un tiroir cylindrique D. Ce tiroir est de forme particulière : nous le décrirons on son lieu avec tous les détails nécessaires; contentons-nous de dire
qu'un double piston démasque tour à tour les orifices d'admission du gaz M, d'admission de l'air Q et de décharge N. Le mélange d'air et de gaz est aspiré d'abord; puis l'explosion se produit, lorsque le piston moteur a dépassé le niveau d'une lumière d'allumage, munie d'une lame de platine portée au rouge; les gaz brûlés se détendent, mais un échappement anticipé leur ouvre une issue, avant môme que le piston n'ait atteint le bout de sa course, et ils sont éliminés par le conduit N.
Le réglage de la machine est très original: P est une pompe à air, actionnée par la tète G du balancier. Cette pompe comprime de Taîr, dont une partie est utilisée à activer l'allumage, par le conduit efffh; l'autre partie déprime une membrane, invisible sur le dessin, placée en 7, laquelle abaisse le levier R, qui étrangle le tuyau de caoutchouc
par lequel le moteur est alimenté de gaz. La vis conique a permet de modifier la sensibilité de l'appareil, en ouvrant une voie plus ou moins facile à Tair qui va au brûleur. Plus la vitesse de la machine s'accélère, plus aussi la pompe à air comprime d'air: la dépression de la membrane et, par suite, l'accès du gaz dépendent donc de la vitesse. Voilà un mode de réglage assurément nouveau et ingénieusement conçu; mais il est fort compliqué et il a l'inconvénient de produire des ratés, par défaut de gaz. Du reste, l'étranglement du tuyau de caoutchouc peut être obtenu par l'action directe d'un régulateur à boule, ce qui est plus simple : la Compagnie américaine emploie cette disposition concurremment avec la précédente.
Le mélange tonnant traverse, avant d'arriver au cylindre, une chambre garnie de pierre ponce, grâce à laquelle les couches d'air et de gaz se répartissent plus uniformément dans la masse.
L'afflux d'air est modéré par un clapet disposé en Q, dont on peut régler la course par a-.
Le cylindre est muni d'ailettes refroidissantes.
Les cinq moteurs du premier type que nous venons de décrire, témoignent des services que la petite industrie peut en attendre; mais c'est une erreur de les appliquer à la prodution de forces supérieures à un cheval, et ils ne peuvent concourir à cet égard avec les moteurs du second type.
Moteur de Bisschop.
Découragés par Tinsuccès de Langen et Otto, les inventeurs se sont portés vers une classe mixte de moteurs, qu'on pourrait appeler semiatmosphériques, dans lequels l'explosion est utilisée d'abord pour produire la course-avant du piston, la course arrière étant d'autre part déterminée par la pression de l'atmosphère et le poids des pièces mobiles soulevées pendant la première phase. Dans ces moteurs, la pression atmosphérique ne contribue au travail effectif que dans une proportion assez faible; aussi les avantages du cycle des machines du IV^ type sont-ils perdus; par contre, les mécanismes sont d'une extrême simplicité, ce qui rachète l'infériorité théorique de ces petits moteurs qui conviennent fort bien aux industries en chambre (*).
(1) Le moteur de Bisschop est, à certains égards, une macl^ine à double effet,
Le moteur de Bisschop est un des plus connus et des plus remarquables du genre.
Dans un cylindre vertical se meut un piston dont la lige, glissant le long d'une rainure, entraîne une bielle en retour, semblable à celle
Fig. 38
qu'on emploie dans les machines marines ; son extrémité s'articule sur une manivelle très rapprochée du piston. Cette disposition, dont la figure 38 permet aisément de se rendre compte, a l'avantage de
donner une solide assiette à Tarbre de couclie et de diminuer considérablement la place occupée par la machine.
Le cylindre est fondu avec son soubassement et il est muni de nombreuses ailettes refroidissantes : il porte un guidage cylindrique dans lequel se meut le tiroir de distribution. Le fond supérieur du cylindre moteur est fermé par un couvercle venu de fonte avec le coulisseau alésé qui sert de glissière à la tête du piston : cette même pièce porte le canon dans lequel tourne l'arbre de couche. L'excentrique de distribution est calé sur ces arbres et il actionne le tiroir par Tintermédiaire d'un petit balancier.
Le petit piston étant au bas de sa course laisse derrière lui un espace nuisible de 30 millimètres de hauteur environ, dans lequel restent confinés des gaz inertes, auxquels de Bisschop a confié la mission d'adoucir le choc de l'explosion. Le gaz pur arrive au moteur en traversant deux poches plates en caoutchouc, qui jouent chacune un rôle distinct: l'une est un magasin de gaz, l'autre agit comme modérateur de la macliine, car elle limite lu vitesse à un maximum réglé d'avance. L'air entre par un conduit spécial, situé dans le même plan horizontal que le tuyau du gaz, mais dirigé sur lui à angle droit. Les deux orifices de débit de gaz et d'air ont respectivement 8 et 18 miUimètres de diamètre : les sections, qui sont entre elles dans le rapport de 1 à 5,1, tendent à donner au mélange une teneur de 1 à 6, si l'on tient compte de l'excédent de pression et de la plus grande mobilité du gaz; la dilution est d'ailleurs augmentée encore parle résidu de l'espace nuisible. L'air et le gaz ont de plus à traverser deux soupapes à trous, qui appauvrissent encore le mélange, attendu que 18 trous, sont ouverts à l'air et 5 seulement au gaz. Ces orifices sont obturés par des rondelles de caoutchouc qui, selon qu'il y a dans le cylindre une compression ou bien un vide relatif, sont appliquées fortement sur leur base ou soulevées d'une quantité toujours limitée. Ce dispositif de mélangeur est très remarquable et fort simple.
Le distributeur est cylindrique : nous le décrirons à part quand nous aborderons l'étude comparative des éléments des moteurs. Disons seulement que ce tiroir cyUndrique est plein en son milieu et qu'il porte une entaille à faces obliques ; sa partie inférieure est creuse au contraire, et présente un orifice latéral. L'admission se fait par l'entaille, la décharge par l'orifice latéral et le tube creux.
L'allumage s'effectue par succion de flanuue. Le piston aspire d'abord le mélange tonnant par le distributeur, puis, aussitôt qu'il a dépassé le niveau du brûleur, un dard de flamme pénètre dans le cylindre, en vertu de l'appel du piston: la lumière d'admission se
ferme alors et le mélange emprisonné détone en poussant vivement le piston jusqu'à la partie supérieure du cj^lindre. La force vive du volant lui fait francliir le point mort et le ramène en arrière; mais l'orifice latéral du tiroir découvre à ce moment le tuyau d'échappement et les gaz refoulés s'écoulent librement. Il y a toujours une certaine avance à l'échappement (*).
La position particulière de l'arbre moteur en dehors de la direction de la tige du piston a pour effet de rendre la course montante du piston plus longue que le diamètre de la circonférence que décrit le manneton de la manivelle : ainsi, une manivelle de 130. millimètres de rayon donne une course d'environ 310 niillimètres de longueur. Au point de vue mécanique, l'avantage qui paraît résulter de «cet arrangement, est assurément discutable; mais on obtient, pour, l'utilisation, le double et très précieux bénéfice de prolonger la détente et d'imprimer au piston, pendant la détente, une vitesse très grande. Ces deux conditions sont, je l'ai maintes fois démontré, d'une importance énorme. Le retour du piston est au contraire ralenti et l'action de paroi s'exerce alors très librement.
Ju'un des bras du volant porte une masse qui équilibre la bielle, le piston et sa tige afin de faciliter encore l'ascension des pièces mobiles du fond vers le haut du cylindre et de se rapprocher des conditions si heureusement réalisées par Langcn et Otto.
Nombreux sont les avantages du moteur de Bisschop : et d'abord, il est essentiellement mobile et peu encombrant; son mécanisme est remarquablement simple et robuste ; l'inflammation du mélange ne manque jamais; ajoutons qu'il est vraiment silencieux et qu'on peut le placer sans inconvénient aux étages supérieurs, d'autant plus commodément qu'il n'exige pas de circulation d'eau. Il n'exige non plus de graissage ; dès lors, les organes ne s'encrassent pas et la machine peut marcher jour et nuit sans aucune surveillance. On a cité partout ce fait incroyable, s'il n'était confirmé par les témoignages les plus sûrs, qu'un moteur a fonctionné 47 fois vingt-quatre heures sans aucun dérangement et sans qu'on y versât une goutte d'huile. Dans les instructions écrites données aux industriels par MM. Mignon et llouart, il est absolument recommandé de ne graisser jamais, sous aucun prétexte, ni la tige du piston, ni le tiroir; tout au plus faut-il un peu d'huile pour le tourillon de la manivelle, l'arbre de couche et le trou supérieur de la glissière .
(1) Les moteurs de Bisschop étaient m*2nis autrefois d'un brûleur placé dans le socle, sous le cylindre, qui servait à chauffer préalablement les foutes, avant la mise en train; les habiles constructeurs de cette machine ont rendu inutile l'adjonction de cette pièce, qui ne laissait pas d'imposer -une servitude f&cheusc à celui qui était chargé de la surveillance du moteur.
Les moteurs de Bisschop ont une force variable de 3 à 60 et même 7S kilogrammètres. Leur consommation est relativement assez grande (*) ; mais ils restent cependant économiques, car ils prennent en somme la place des moteurs animés, qui sont toujours coûteux; pour moins d'un franc ils fournissent le travail d'un manœuvre pendant dix heures.
MM. Mignon et Rouart se sont fort sagement limités à la construction des petits moteurs: il est, en effet, bien probable que le moteur de Bisschop perdrait tous ses avantages si Ton exagérait ses dimensions. C'est un moteur excellent de la petite industrie: ce titre lui suffit et il est appelé à rendre de la sorte de grands services. La Société d'encouragement lui a décerné, en 1880, un prix de 1,000 francs, fondé pour le meilleur petit moteur applicable aux ateliers de famille, en faisant la déclaration suivante: « La Société décerne sans hésitation le prix qu'elle avait offert pour la solution de cet intéressant problème à M. Alexis de Bisschop, parce que sa machine lui semble absolument pratique et qu'il y a lieu d'en propager l'emploi, comme elle le mérite, dans les petits ateliers (*) ».
Moteur François.
Ce moteur (") appartient encore à la catégorie mixte des machines
verticales qui utilisent l'explosion du mélange tonnant à l'ascension
du piston et la pression atmosphérique pour sa descente. 11 présente
dans son ensemble de grandes analogies avec le moteur de Bisschop:
par la disposition du centre de Tarbre de couche en dehors de l'axe
du cylindre, la course du piston est allongée, et, comme dans le pré-
cèdent, la course ascendante se fait plus rapidement pendant les g
d'une révolution du volant. L'attaque de la manivelle par la bielle est directe: de plus, elle est double, attendu qu'il y a deux bielles et deux manivelles, voir même deux volants, disposés symétriquement des deux côtés de l'axe, dont le mouvement est rendu solidaire par
(1) Un moteur de 3 kilogrammètres consomme enyiron 250 litres par heure; le moteur de 6 kilogrammètres, 350; et enfin, celui d'un demi-cheval, 1,850. Il n'y a aucun intérêt à employer ce moteur à la production de forces plus considérables, bien que sa consommation proportionnelle baisse rapidement.
(2) Le moteur de Bisschop est aussi construit en Allemagne par MM. Buss, Sombart et C><^, de Magdebourg.
(3) Revue induitriellef 14 juin 1882.
des roues dentées ; les frottements du coulisseau sont atténués de la sorte par compensation réciproque des poussées obliques de la tête du piston; mais cet avantage assez faible est acheté au prix d'une complication bien grande.
Le fond du cylindre est muni de deux lumières, Tune d'admission et d'allumage, l'autre d'échappement, desservies par deux tiroirs distincts; l'un d'eux est maintenu latéralement par des joues, venues de fonte avec le fond, et verticalement par une contre-plaque ; l'autre est enclavé dans la masse du premier; mais il reste entre eux un intervalle, de dimensions variables avec leurs positions réciproques, et leurs mouvements sont indépendants dans une certaine limite.
Le grand tiroir porte à l'arrière une cavité servant à l'échappement, et à l'avant, un bec d'allumage: le petit tiroir est massif, mais le vide laissé à un moment donné entre lui et la face interne du grand tiroir constitue un canal par lequel passe le mélange d'air et de gaz débité par la contre-plaque. L'agencement de ces pièces est ingénieux.
Il m'a été impossible d'obtenir d'autres renseignements sur le moteur François, pour lequel on a revendiqué une forte diminution de consommation et une régularité de marche parfaite : il faudrait qu'il possédât réellement et à un haut degré ces deux qualités, pour supplanter le moteur de Bisschop.
Moteur Iiaviornery.
Dans ce moteur, le piston est relié directement à la manivelle motrice par une bielle: le dispositif est à pilon, le cylindre étant placé verticalement au-dessus de l'arbre de couclie. Un régulateur modère la vitesse en agissant sur un robinet, placé sur la conduite d'alimentation du gaz et en opérant par étranglement, ce qui peut être accepté dans les petits moteurs du premier type.
MOTEURS DU DEUXIÈME TYPE Moteurs à deux temps (Genre Clerk)
Moteur Dugald Clerk.
M. Dugald Clerk a créé le type des moteurs à compression préalable donnant une impulsion à Tarbre moteur par tour de manivelle et marchant par suite à deux temps: cet avantage était revendiqué hautement par un article de V Engineering du 7 octobre 1881, et c'est en effet un titre sérieux à Tattention des ingénieurs ; ajoutons que le moteur Clerk est d'une construction extrêmement simple,
Fig. 39
qu'il ne comporte aucun engrenage, que les pressions sur les tiroirs sont diminuées considérablement et qu'il marche très régulièrement et sans bruit (*). Il est composé de deux cylindres, qu'on peut voir* disposés parallèlement dans les IBlgures 39 et 40 ; A est le cylindre de travail (Working), C est le cylindre de compression, appelé aussi déplacvur (displacer), attendu qu'il a pour
(1) Ce moteur a été décrit dans les numéros de VEngimering du 7 octobre 1881 et du 3 février 1882.
mission subsidiaire de balayer dans le premier cylindre les résidus d'une elplosion antérieure. Le piston moteur est relié à Tarbre
découche, à la manière ordinaire, par une bielle et une manivelle:
le piston du déplaceur qui n'est pas appelé à exercer un effort considérable, est au contraire commandé par un boulon d, fixé sur un des bras du volant, à 90" de la manivelle, avec une légère avance. Quand le piston du déplaceur G marche en avant il aspire, pendant
la moitié de sa course, un mélange tonnant au t=; ensuite, Tafflux du
gaz combustible cesse, et il se fait un appel d'air pur pendant l'autre moitié de la course : admettons provisoirement que ces gaz, ainsi partagés en deux couches, restent juxtaposés sans se mélanger, l'air étant logé à la suite du mélange tonnant. Dans la course de retour du piston déplaceur, l'air sera donc expulsé d'abord. Or, au moment où ce piston déplaceur commence son mouvement rétrograde, le piston moteur avançait encore; lorsque le déplaceur arrive au milieu de sa course arrière, le moteur est au commencement de la sienne : il en résulte que, les deux cylindres étant mis en communication, l'air pur du déplaceur viendra nettoyer le cylindre moteur; puis, si l'échappement se ferme à temps voulu, le mélange tonnant sera introduit derrière le piston moteur et comprimé par lui dans la chambre d'explosion.
Suivons maintenant les opérations qui sont effectuées dans le cylindre de travail: la compression étant achevée avec la fin de la coursearrière, l'explosion a lieu sous volume constant, et les gaz brûlés so détendent; vers les trois-quarts de la course-avant, l'échappement commence. La détente des produits est donc peu considérable : le volume final n'est pas plus grand que le volume initial du mélange avant compression; c'est le point faible du moteur Clerk, et la critique peut s'exercer à ce sujet. Par contre, l'ingénieur anglais a supprimé la dilution exagérée qui a été préconisée par les disciples du D'Otto: les résultats ne lui ont point donné tort.
Le diagramme de la figure 41 permet de suivre toutes les phases de l'opération : l'échappement anticipé commence en a^ de û en A et en c, s'effectue le balayage; puis l'échappement se ferme et la compression s'effectue, par les deux pistons d'abord, de c en d. La détonation se produit alors, la pression s'élève de c? en e et retombe enfin de e en a par la détente. Ce diagramme a été publié par MM. Sterne et C", de Glasgow ; il montre que la pression explosive varie de 12 k., 6 à 16 k., 1; la pression de compression atteint 4k., 6 et elle est très élevée ; il faut remarquer que la pression développée dans le displacer ne dépasse jamais Ok., 4.
Avant de poursuivre la description de cette intéressante machine, il convient d'édifier le lecteur sur les effets pratiques de la stratifica-
lion du gaz, tentée par M. Clerk : des essais ont été faits par l'inventeur, assisté de sir William Thomson, et nous en trouvons les résultats dans le Mémoire de M. Clerk auquel nous avons renvoyé le lecteur tant de fois déjà.
Fig. 41
En prélevant un faible volume du mélange derrière le piston moteur, en quelque position qu'il se trouve, il était facile de se rendre compte de l'état des gaz au point de vue spécial de leur inflammabilité : or, en toute circonstance, le mélange a toujours pu être enflammé. L'air pur, envoyé dans le cylindre pour balayer les produits de la combustion antérieure, est donc toujours mêlé de gaz, par un effet inévitable de l'extrême diffusibilité des gaz dont se compose le gaz d'éclairage. La stratification des gaz est par suite absolument théorique. 11 est certain, du reste, que l'air injecté dans le cyhndre, entraine avec lui une petite quantité de gaz combustible qui est évidemment perdue pour le travail. L'opération du balayage des produits ne serait donc pas justifiée, si elle ne procurait le précieux avantage de nettoyer le cylindre moteur de toute matière enflammiée capable de déterminer à contre-temps une explosion prématurée du mélange admis. L'incon^ vénient le plus grave des moteurs à compression séparée est donc évité, par l'injection d'une masse d'air non explosive, de même que dans le moteur Otto-Grossley, que nous décrirons ci-dessous : voilà probablement ce qui constitue le résultat le plus direct de l'essai de stratification des couches faites par M. Clerk. De plus, l'expulsion des gaz brûlés assure, pour le mélange tonnant, une détonation à volume constant beaucoup plus instantanée et une combustion plus complète : a cet égard, l'idée de l'ingénieur anglais est des plus heureuses et des plus fécondes, car elle tend à supprimer une des imperfections du cycle dont l'influence sur le rendement est certainement nuisible.
Suivons maintenant la distribution dans toutes ses phases. Le tiroir F (figure 39), est commandé par un excentrique e, une bielle b et un renvoi de sonnette ca à boîtes sphériques: une lumière de ce tiroir livre passage au gaz aspiré dans la course-avant du piston C; ce gaz traverse une soupape de forme particulière, située à la partie inférieure de la machine (visible sur le dessin en perspective de la figure 40), et s'y mêle à H volumes d*air. Ce mélange pénètre par D dans le cylindre déplaccur C à travers un orifice annulaire destiné à éteindre son mouvement tourbillonnant. Vers le milieu de la course-avant du déplaceur, le tiroir F supprime l'arrivée du gaz et il n'arrive plus que de l'air dans le cylindre G. Cet air sera refoulé dans le cylindre moteur A par l'intermédiaire de B : puis le mélange tonnant suivra l'air par la même voie. L'air balaye les résidus de l'explosion antécédente, et le mélange est comprimé par le retour du piston moteur.
y} L'explosion ayant été produite en C, pousse en avant le piston mo- / teur et la détente a lieu: mais ce piston découvre dans sa marcheavant une série annulaire d'ouvertures pratiquées vers le milieu du cylindre C sur le pourtour de sa surface; l'échappement se fait par ces orifices. C'est donc un échappement anticipé, et c'est là un léger défaut de l'ingénieux dispositif adopté par M. Clerk: mais on ne pouvait guère procéder autrement, étant donnée la disposition d'ensemble de la machine. L'air refoulé par le déplaceur envahit le cylindre avant que le piston ne soit arrivé à fond de course. L'échappement s'achève dans la marche rétrograde du piston, et l'air, injecté par le déplaceur, s'élimine en entraînant les produits de la combustion, jusqu'au moment où le piston vient masquer les orifices latéraux du cylindre. La compression du mélange, introduit alors parle déplaceur, vient compléter le cycle.
L'allumage est produit par un transport de flamme du brûleur E dans la chambre de combustion par l'entremise du tiroir: ce mode sera décrit à part.
Le régulateur horizontal R gouverne la marche du moteur en supprimant l'admission quand la vitesse s'exagère : à cet effet, un levier gh vient immobiliser la tige à ressort d'une valve d'admission disposée sur le conduit par lequel se fait l'alimentation du gaz. Cette tige est normalement sous la dépendance du tiroir qui la fait mouvoir par l'action d'une rainure sur un tasseau.
L'enveloppe du cylindre est refroidie par un courant d'eau qui pénètre en m et s'écoule par dessous.
Nous attirerons l'attention sur les graisseurs à piston dont M. Clerk
a muni son moleur et dont le jeu est assuré par des taquets disposés sur les pièces mobiles, de manière à distribuer l'huile goutte par goutte.
Ajoutons encore que ce moteur est self-slarting, c'est-à-dire qu'il est muni d'une mise en train automatique qui sera décrite en son lieu.
Signalons enfin un dispositif qui permet de rendre le moteur compound: le déplaceur est alors à double effet et les gaz brûlés du cylindre de travail viennent se détendre sur la fâca-aVant âe son piston; ils sont expulsés à la manière ordinaire par le piston luimême.
Il faut reconnaître que l'ingénieux moleur que nous venons de décrire n'a pas eu tout le succès que l'on avait espéré pour lui: le moteur à deux temps a succombé dans sa lutte contre le moteur à quatre temps, parce que sa consommation par cheval-heure effectif a toujours été plus considérable.
Moteur Stookport d'Andrevr.
H. Andrew a donné à son moteur le nom de la petite ville d'Angleterre dans laquelle on le construisait d'abord : les ateliers du Phénix de Gandy qui en ont entrepris l'exploitation, lui ont conservé cette dénomination.
Le type primitif a été modifié dans sa forme et le moteur qui avait été exposé à Anvers différait notablement de celui qui a été décrit par M. G. Richard, dans son remarquable ouvrage : nous nous bornerons donc à caractériser l'idée qui a présidé à la création de ce moteur. Le lecteur en suivra d'ailleurs facilement la description sans l'aide d'aucune figure.
Le Stockport esf de la seconde classe des moteurs du IP type donnant une explosion par tour: l'agencement de ses organes est nouveau et ingénieux. Le cylindre de compression est disposé en face du cylindre moteur, sur le prolongement du même axe: un demimanchon rend les deux pistons solidaires l'un de l'autre. Le piston moteur attaque la manivelle de l'arbre de couche et entraîne le piston de compression.
Les deux cylindres communiquent entre eux par des conduits dissimulés dans le bâti, ce qui donne à l'ensemble de la construction un
air très dégagé, mais ne facilite pas Tintelligence du fonctionnement de la machine, qui est néanmoins assez simple. Chaque cylindre a son tiroir: un mélangeur alimente le comprimeur d'une quantité d'air et de gaz limitée par le régulateur; ce mélange est refoulé dans le cylindre moteur à travers un tiroir auquel est dévolu Tallumage. L'échappement se fait par une soupape spéciale.
Le tiroir d'admission, disposé verticalement, emprunte son mouvement à l'oscillation de la tige même qui actionne le tiroir d'allumage; ce mode de commande latérale présente un grand intérêt cinématique.
Le cylindre auxiliaire aspire le mélange pendant un demi-tour de
manivelle et le comprime pendant les ^ du demi-tour suivant; puis
les gaz sont admis au cylindre de travail où ils subissent encore une légère compression avant de détoner. Une flamme, emprisonnée dans une cavité du tiroir allumeur, provoque cette explosion. Un échappement anticipé donne issue aux gaz brûlés avant que le piston ne soit arrivé à fond de course.
Cette machine est soumise au régulateur de la manière suivante: quand la vitesse s'exagère, un doigt vient s'interposer entre le tiroir et la tige de commande, de manière à déplacer le centre d'oscillation de ce tiroir, qui n'admet alors plus de gaz.
Moteur Benz.
Le moteur à deux temps a été pendant quelque temps l'idéal dos constructeurs: le but était rationnel, car il devait conduire à une consommation réduite et à une régularité plus grande; les moyens sont restés compliqués. C'est là une infériorité mécanique inconstcstable du moteur à gaz sur la machine à vapeur. La vapeur en effet, produite dans une chaudière, pénètre d'elle-même dans le cylindre et exerce aussitôt son action sur le piston, en vertu même de sa pression; le gaz au contraire doit être aspiré d'abord, puis comprimé, avant d'être enflammé, et c'est alors seulement qu'il actionne le piston. Lenoir, dans son premier moteur, avait renoncé à la compression pour conserver une machine à double effet: il sacrifiait l'économie à la régularité. Otto a risqué de perdre la régularité de la marche en aban-
donnant le double effet, et il a même consenti à n'obtenir d'action efficace que pour un coup de piston sur quatre: il a néanmoins réussi à joindre Téconomie à la régularité et son moteur est un chef-d'œuvre à cet égard. Clerk a réalisé une machine qui donne autant d'explosions que de tours de manivelle, mais cet avantage a été acheté par l'adjonction d'un cylindre comprimeur spécial au cylindre moteur: la machine est plus compliquée, et il faut recourir à certains artifices de construction pour conjurer les accidents ou tout au moins les explosions intempestives. Benz parait avoir trouvé la solution la plus complète du problème : il opère la compression du mélange tonnant
Fig. 42.
dans le cylindre même de travail et fait correspondre cependant à chaque tour de l'arbre du volant un coup de piston efficace. Tel est le mérite spécial de ce moteur auquel nous devions une mention particuhère: l'idéal des constructeurs est enfin réalisé; il s'agit de savoir à quel prix.
Le moteur Benz est représenté dans son ensemble parla figure 42; les figures 43 et 44 donnent une coupe verticale et une coupe hori-
zontale du cylindre. 11 sera facile de suivre sur ces trois dessins la description des organes principaux du mécanisme. Mais définissons d'abord le cycle parcouru parles gaz. Considérons
1 — P^^'-'^^^Htl
Fig. 43
le moment où, sous Faction de l'explosion et de la détente, le piston atteint l'extrémité arrière du cylindre: Tinertie du volant lui fait franchir le point mort et le ramène vers Tavant du cylindre, en même temps que la soupape d'échappement ouvre une issue aux gaz brûlés
or
Fig. U
qui se déchargent dans l'atmosphère. L'inventeur s'est proposé de produire une évacuation complète de ces gaz dès la demi-course
rélrograde du piston : à cet effet, il injecte dans le cylindre un certain volume d'air forcé, qui expulse les produits de la combustion et s*y substitue derrière le piston. Voilà donc qu'au milieu de la coursearrière, le cylindre ne contient plus que de l'air pur: à ce moment, toutes les communications se ferment avec l'extérieur et la période de compression commence. 11 s'agit de constituer un mélange tonnant par l'introduction d'une charge de gaz: ce résultat ne peut être obtenu que par l'action d'une petite pompe auxiliaire. A la fin de la course, la chambre de compression contient donc une certaine charge de gaz tonnants, et l'explosion pourra être provoquée: mais faisons observer que la compression de ces gaz serait toujours moindre que dans un moteur Otto, si le volume de l'espace qui reste libre derrière le piston était aussi considérable. Par contre, à égalité de compression, ' la détente est plus complète dans le dispositif Benz, et c'est un avantage sérieux, que nous devions faire ressortir.
Ces préliminaires posés, entrons dans le détail.
Considérée dans ses grandes lignes, la machine ne présente rien de particulier: le cylindre, placé en porte-à-faux, est boulonné à un bâti Corliss et l'attaque de la manivelle se fait à l'ordinaire. La pompe de compression A', à cylindre plongeur P', est attachée aux côtés du cylindre moteur A: une lumière /et une soupape s établissent les communications.
Le cylindre A présente deux orifices fermés par des soupapes aeib: l'une d'elles, A, est la soupape de décharge, ouvrant dans l'atmosphère; l'autre «, joint le cylindre à un réservoir d'air comprimé E. C'est b qui s'ouvre d'abord; puis, aussitôt après, a se soulève et Tair vient balayer les gaz brûlés et les chasser par b; les deux soupapes retomberont dès que le piston P aura atteint la moitié de la course. Ces divers mouvements sont obtenus par une contre-manivelle de l'arbre de couche et une tige oblique, qu'on voit sur la figure d'ensemble, et qui vient actionner un levier G, placé en-dessous du cylindre, par l'intermédiaire de l'arbre transversal p et d'une sorte de came oscillante D; cette came soulève doucement et méthodiquement le levier C et, par suite, les soupapes à ressort b et a.
La pompe A' injecte le gaz dans le cylindre A à partir du moment où le piston P a dépassé le milieu de sa course : le plongeur P' est fixé par une traverse à la lige du piston moteur et il partage par conséquent son mouvement. Le gaz est prélevé sur la conduite par un tuyau supérieur, à travers une soupape d'aspiration qui est sous la dépendance du régulateur , ainsi que nous le dirons plus loin : le refoulement s'opère à travers / et s. La compression du gaz a lieu
pendant toute la durée de la course du piston plongeur: mais la soupape de retenue s ne doit s'ouvrir qu'après la fermeture des soupapes b et a. Çett^ ^oupape s reste appliquée sur son siège, par la pression d'un réSsorl, jusqu'à ce que le levier à coin A, mis en mouvement par un excentrique spécial (calé sur l'arbre coudé) et par la tige r/, vienne agir sur la tète g.
L'allumage est effectué par la fusée c, entre les pointes de laquelle jaillit une étincelle, fournie par une bobine, adjointe à une petite machine dynamo-électrique : la bobine est reliée à la fusée par deux fils ; la machine est mue par une corde sans fin qui passe dans une gorge du volant. La poulie de la dynamo présente deux gorges de diamètres différents : lors de la mise en train, on place d'abord la corde dans la gorge qui correspond au moindre diamètre, de manière à assurer une vitesse de rotation suffisante pour obtenir une étincelle, et Ton fait tourner le volant à la main. Lorsque la machine est lancée à sa vitesse, on fait passer la corde sur la grande poulie, à l'aide d'un crochet de forme particulière, compris dans l'outillage de la machine. Nous reviendrons plus loin sur ce mode d'allumage.
Pour maintenir dans le réservoir d'air E une pression constante, Benz a eu l'heureuse idée de transformer la partie antérieure du cylindre en une pompe foulante et aspirante : grâce au jeu du tiroir E', le piston moteur appelle lui-même l'air du dehors dans sa coursearrière, et il presse, dans sa course-avant, toute la cylindrée dans le récipient E, qui alimente l'orifice a d'injection d'air. Cette manière de procéder présente l'avantage d'utiliser le pislon par ses deux faces; de plus, l'air qui vient refroidir la paroi intérieure du cylindre joue un certain rôle, au pomt de vue de la lubréfaction des surfaces frottantes ; néanmoins la température du fluide comprimé doit s'élever considérablement. Ce dernier inconvénient est inévitable du reste et on peut le reprocher à tous les moteurs.
Tel est ce remarquable moteur Benz, qui a conquis si rapidement la faveur des industriels américains, anglais et allemands. On ne saurait contester qu'il no soit très ingénieusement conçu et parfaitement étudié dans ses détails: ses formes sont élégantes, et, malgré la complexité des fonctions dont ses divers organes sont chargés, il garde l'apparence, trompeuse peut-être, d'une grande simplicité.
J'ai pu constater à l'Exposition d'Anvers, que sa marche est très régulière: un pendule conique modère la vitesse en limitant au juste nécessaire la quantité de gaz admise dans la petite pompe d'injection. La vitesse du régime est faible: elle varie de 120 à 136 tours par minute, suivant la puissance des appareils : c'est une condition de
fonctionnement qui sera très appréciée dans certaines circonstances.
Le cylindre est refroidi par un courant d'eau, comme cela se fait d'ordinaire; 40 litres suffisent par cheval-heure pour maintenir une température de 75°. Dans le cas où l'on ne dispose pas d'un courant d'eau, on installe à un niveau supérieur un réservoir de 500 litres par cheval nominal.
Le cylindre est muni d'un réservoir d'huile, disposé à la partie supérieure de l'enveloppe.
L'entretien et la conduite de l'appareil paraissent aisés: il faut veiller à ce que les trois soupapes a, b et s se lèvent toujours d'une quantité déterminée, soit de 7 millimètres pour a, de 9 pour b et do 2 pour s. Elles sont toutes trois facilement abordables ; il est nécessaire de les visiter et de les nettoyer souvent. Les soins à donner au générateur d'électricité consistent à enlever, au moyen de papier à l'émeri, l'oxyde qui tend à se former entre les contacts de la bobine de Ruhmkorf et à gratter les dépôts qui s'accumulent entre les pièces de bronze du commutateur.
Fig. 45
Au point de vue mécanique, Benz a réalisé un type original et intéressant; cependant le cycle n'est nullement amélioré, reconnais-
Fig. 46
sons-le. 11 n*y a donc point de raison d'en attendre une meilleure utilisation du calorique et la consommation de cette ingénieuse machine ne saurait être moindre que celle des moteurs à compression du genre Clerk ; elle doit être estimée à près de mille litres par chevalheure effectif en travail courant.
Le moteur Benz est construit en Allemagne parla Rbeinische Gas Motoren Fabrik dont le siège est à Mannheim.
En France, ce brevet a d*abord été exploité par la Société des forges d'Aubrives (Ardennes), puis il a passé entre les mains de M. Roger, dont MM. Panhard et Levassor sont les constructeurs .
M. Roger a donné beaucoup de notoriété à cette machine, exceL lente du reste, en l'appliquant aux services les plus variés. Ainsi il a créé un type de locomobile, représenté par la figure 45 ; l'alimentation est faite par un carburateur à gazoline.
11 existe aussi une voiture pouvant recevoir deux ou quatre personnes ; la figure 46 la fait voir, chargée de ses deux voyageurs auxquels elle fait parcourir sans difficulté 16 à SO kilomètres à l'heure sur une bonne route.
11 existe enfin des machines de bateau à deux cylindres (fig. 47), se prêtant fort bien à lamarche en avant et en arrière, et qui donnent, nous dit-on, de fort bons résultats.
Une pompe à incendie est aussi à l'étude et elle complète la série des heureuses applications que M. Roger a faites du moteur Benz.
Moteur Bald^T^in.
Cet machine (fig. 48) est à double effet comme celle de Benz ; par sa face antérieure, le piston est coiflpresseur, tandis qu'il est moteur par sa face arrière ; le bâti constitue un réservoir intermédiaire entre les deux parties du cylindre, dans lequel est remisé le mélange tonnant. Cette disposition n'est pas sans danger.
Voici comment s'effectue le cycle : dans sa marche arrière, le piston aspire d'abord un mélange d'air ef de gaz toujours uniforme et il le comprime, en revenant sur lui-même, dans la partie antérieure du cylindre, d'où il passe dans le réservoir.
Ce réservoir communique, par un orifice à soupape automobile, avec la chambre de combustion, logée à l'extrémité postérieure du
cylindre : dès que le piston quitte le fond, la soupape se soulève et les gaz envahissent la chambre, dans laquelle une étincelle électrique opère la mise de feu en temps voulu ; le piston est donc poussé en avant. Mais un tuyau transversal d'échappement, situé dans la paroi du cylindre, se découvre quand le cylindre arrive à dépasser son orifice ; ce tuyau livre une issue aux produits de la combustion et la décharge a lieu.
La pression baisse donc dans le cylindre et les gaz tonnants forcent de nouveau la soupape automobile et pénètrent dans la chambre de combustion : il serait à craindre qu'une partie de ces gaz ne se perdit par la décharge, mais un appareil, appelé retardeur, empêche cet effet et l'admission des gaz tonnants ne fait qu'activer le dégagement des gaz brûlés qui ne se mêlent pas à la charge nouvelle du cylindre. C'est du moins ce qu'on nous a assuré.
M. Baldwin forme le mélange tonnant le plus riche possible, et sa teneur reste toujours identique ; mais les volumes gazeux introduits dans la chambre de ; combustion sont réglés d'après les conditions de vitesse du Fi,5. 48 moteur, par la soupape automo-
bile d'admission, dont la levée est limitée plus ou moins par un coin, commandé par le régulateur. Le travail est ainsi proportionné aux résistances à vaincre et la marche de la machine est très régulière : on emploie très bien le moteur Baldwin à la conduite des machines génératrices d'électricité et la lumière produite est parfaitement fixe.
L'allumage électrique se fait, soit par une dérivation prise sur le courant qui alimente les lampes, soit par une petite machine dynamo placée sur le moteur; l'étincelle est réglée par un contact.
Toutes les pièces du moteur et notamment ses soupapes automobiles sont cachées dans le bâti ; cela contribue à donner à la machine un aspect mystérieux ; de plus, elle paraît extrêmement simple, mais la visite des organes n'en est certainement point facilitée.
MM. Otis Brothers and C* de Nevsr-York, construisent le moteur Baldwin.
Moteur Ravel.
Le moteur Ravel (fig. 49) a, comme les moteurs précédents, un cylindre fermé a ses deux extrémités; la partie antérieure sert de pompe de compression d'air, dans la marche arrière du piston, tandis que l'explosion du mélange tonnant se produit dans la partie postérieure.
L'air comprimé est refoulé dans un réservoir formant le socle de la machine : sa pression atteint 0 k. 250 à Ok. 400. Comme le volume d'air dépensé est essentiellement variable, il pourrait arriver que la pression dépassât dans le réservoir la limite que le constructeur s'est
imposée, et il est nécessaire qu'à certains moments une évacuation se produise, pour maintenir une tension normale ; à cet effet, un robinet rejette momentanément dans l'atmosphère une fraction déterminée du volume d'air aspiré*.
Le gaz combustible est comprimé à part par une pompe spéciale, disposée latéralement, dont la tige est reliée directement à la tète du piston moteur. Cette pompe puise le gaz dans la canalisation, et le refoule dans un réservoir, distinct du réservoir d'air, mais logé comme lui dans le bâti. La pression moyenne des deux réservoirs est la même.
Voilà donc le comburant et le combustible comprimés séparément ; voyons comment ils sont introduits dans le cycle d'opérations.
Le gaz est en I, figure 50, et Tair en E ; ils sont amenés par deux conduites, de diamètres fort diftérents, à une boîle de distribution,
Fig. 50
placée à Tarrière du cybndre. Le gaz débouche en K et Tair en J ; une came, placée sur Tarbre moteur, commande les soupapes M et N et livre passage au gaz vers l'allumeur R et à Tair, de 0 en P, dans la même direction. Le mélange tonnant n'est donc formé qu'au point où l'allumage doit avoir lieu et tout danger d'explosion est évité. La chambre de combustion est formée par un rétrécissement conique de la partie postérieure du cylindre : le canal d'introduction des gaz y débouche tangentiellement et leur fait prendre un mouvement hélicoïdal, auquel M. Ravel attache une extrême importance, pour des causes que nous dirons plus loin.
L'appareil de décharge se compose d'une boîte T, dans laquelle fonctionne une soupape manœuvrée par une came placée sur l'arbre de couche ; cette soupape communique avec le cylindre par un conduit annulaire, sur lequel débouchent des orifices percés dans la paroi du cylindre. Ces trous n'ont pas tous la même section, car leur diamètre diminue de 32 à 24 millimètres ; leur débouché diminue donc rapidement au fur et à mesure qu'ils se rapprochent de la boîte T. Cette disposition a pour but de permettre aux gaz de s'échapper sur toute la circonférence du cylindre avec la même vitesse. Les orifices dont nous venons de parler sont placés aux deux tiers environ du cylindre.
11 nous est facile maintenant de décrire le fonctionnement du moteur Ravel.
Considérons le moment où le piston, lancé par l'explosion, a parcouru les 2/3 de la longueur du cylindre : les lumières d'échappement se trouvant découvertes, et la soupape T se levant, la décharge commence : ainsi donc elle a lieu avant que le piston ne soit à fond de course. Au même instant, les soupapes d'admission M et N s'ouvrent et laissent pénétrer dans le cylindre la quantité de mélange nécessaire à l'explosion suivante. Il va en résulter une perte de gaz à l'air libre, dira-t-on : nullement, répond M. Ravel, attendu que le mélange qui envahit le cylindre est animé d'un mouvement gyratoire tangentiel, en vertu duquel il n'avance que progressivement, en aidant l'expulsion des gaz brûlés, sans s'y mêler ni sans se perdre par l'échappement. Ils n'atteignent les lumières de décharge qu'au moment où le piston, revenu en arrière, va les couvrir. Toutes les soupapes sont alors fermées et le piston comprime la masse gazeuse explosive qui se trouve emprisonnée derrière lui. La compression achevée, un allumoir électrique met le feu, et le piston repart en avant sous cette puissante impulsion.
Tel est cet ingénieux moteur.
Les détails de sa construction ne sont pas moins intéressants que sa disposition générale. Une tringle, qui reçoit son mouvement de l'arbre moteur, actionne les soupapes M et N : mais leurs tiges sont indépendantes du mécanisme et elles sont rappelées automatiquement sur leurs sièges, par des ressorts analogues aux tampons de choc des wagons de chemin de fer.
Le piston doit être d'autant plus étanche qu'il comprime de l'air sur une de ses faces ; M. Ravel en ajuste les segments sur des bagues en équerre, qu'on voit sur notre figure. Chaque bague s'accole à la suivante pour former une rainure dans laquelle le segment a été
MOTBUBB A QAZ 17
logé préalablement ; le couvercle forme, avec la demière bague, une deuxième rainure et il maintient le tout solidaire.
La base du piston est conique pour faire un appel des gaz brûlés et faciliter leur sortie par la couronne d'orifices percés dans la paroi du cylindre et éviter les tourbillonnements et les remous. Nous décrirons plus loin l'allumeur.
Le régulateur à force centrifuge se compose de deux leviers à boules dont les extrémités viennent appuyer sur une tige commandant la soupape d'admission du gaz. Un coulisseau, glissant le long de cette tige à l'aide d'une vis de réglage, donne une plus ou moins grande tension au ressort placé à sa partie supérieure ; par cela même, le régulateur ayant à vaincre une résistance proportionnelle à la tension du ressort, permettra à la soupape de se fermer plus ou moins. Un ressort de rappel est placé au-dessous du taquet. En marche normale, la vitesse d'une machine de 8 chevaux est de 160 tours par minute ; à cette vitesse correspond un certain écartement des boules, et par suite une certaine admission de gaz. C'est donc la teneur du mélange qui varie suivant les vitesses ; le cylindre reçoit par conséquent des mélanges tonnants plus ou moins riches, suivant que la vitesse est inférieure ou supérieure à la vitesse normale. C'est parfait au point de vue de la régularité ; nous croyons toutefois que cela ne donne pas d'économie de consomma*ion. Mais voici un avantage certain : si l'on diminue la tension du ressort, à l'aide de la vis de réglage, les boules du régulateur s'écarteront et la vitesse -du moteur diminuera. On peut donc par ce dispositif faire varier les vitesses entre 80 et 200 tours.
Comme l'admission du mélange ne peut commencer qu'une fois que le piston moteur a découvert les orifices d'échappement, il en résulte que le degré de compression du gaz tonnant est faible ; c'est une cause d'infériorité. Par contre, la détente est grande, mais cela ne compense pas le premier inconvénient. On se rend compte ainsi
de ce que le moteur Ravel ait v^^ 600 v\a Kt une consommation un peu plus
grande que les bons moteurs à quatre temps du genre Otto , mais il peut être comparé à n'importe quel moteur du genre •Clerk.
Sa grande qualité est la régularité : il convient parfaitement à la commande des dynamos pour l'éclairage électrique. A un point de vue tout personnel, nous nous plaisons à rendre
hommage au génie inventif de M. Ravel, dont le moteur présente un caractère d'originalité qu'on chercherait en vain dans un grand nombre d'inventions.
Le dessin ci-dessus (fig. 81) donne le diagramme relevé sur un moteur Ravel de 8 chevaux effectifs.
Moteurs Midland et Dot, de Taylor.
MM. Taylor et fils de Notlingham construisent un moteur horizontal, qu'ils appellent du nom de Midland. 11 se compose (fig. 52) de deux
Fig. 52
cylindres égaux, dont l'un comprime le mélange tonnant et le refoule dans Tautre, qui est seul moteur : les pistons attaquent directement les deux manivelles; celles-ci sont calées à65Tune de l'autre. Le moteur est donc à deux temps. 11 ne consommerait, disent les constructeurs,
que 600 litres par cheval-heure : à défaut d'indication plus précise, nous supposerons qu'il s'agit du cheval indiqué.
Fig. 53
Le moteur du même type, mais à disposition verticale, est nommé moteur Dot : il est représenté sur la figure 53. Ces deux brevets sont au nom de MM. Taylor.
Moteur Trent.
Ce moteur présente de très heureuses dispositions. 11 se compose d'un cylindre unique à deux diamètres (fig. 54) ; nous voulons dire qu'il est formé de deux cylindres circulaires, mis bout à bout et
ayant leurs axes confondus. Le piston est double aussi : sur sa petite section, il reçoit l'impulsion motrice et, par sa partie annulaire il fait Toffice d'aspirateur et de comprimeiu». La chambre de combustion est accolée latéralement au cylindre moteur.
Considérons le piston dans sa marche d'arrière à l'avant, c'est-àdire du fond vers le cylindre de plus fort diamètre ; sa petite face reçoit la pression du gaz tonnant; en même temps le piston annulaire aspire dans le grand cylindre le mélange du comburant et du com- '^" bustible, à travers une simple soupape automatique (clack- valve). En revenant sur lui-même, il comprime le mélange formé et le chasse dans la chambre de combustion, par une soupape mue mécaniquement : le même mouvement expulse les gaz brûlés hors du cylindre de travail, par la soupape de décharge, dont le soulèvement est déterminé par une tringle d'excentrique et un levier d'équerre. Ce moteur est donc à deux temps, avec un seul cylindre, sans tiroir ni pompe spéciale de compression. C'est la vraie manière de résoudre le problème des cycles à deux temps.
Un moteur de 25 chevaux indiqués a un cylindre de 305 millimètres de diamètre et de 508 millimètres de course : il fait 160 tours.
L'allumage est produit par incandescence ou bien par une fusée à aspiration de flamme.
L'inventeur revendique pour son moteur les avantages d'une faible vitesse et d'une pression modérée : au point de vue de l'usure et de la régularité, ces conditions de marche sont en effet recommandables.
La consommation par cheval-heure indiqué est plus faible que celle qu'on relève généralement dans les moteurs à deux temps.
Ce moteur est construit par The Trent gas Engine Company, à Nottingham (Angleterre). La puissance des types courants varie de 2 à 50 chevaux indiqués.
Moteurs à quatre temps (G^nre Otto)
Moteur Otto.
Ce moteur est le plus célèbre de tous et partant le plus répandu ; la réputation dont il jouit est bien justifiée.
Le cylindre de cette machine est horizontal ; il est ouvert à son extrémité antérieure. Le piston actionne, par Tintermédiaire d'une bielle, la manivelle d*un arbre coudé, sur lequel est monté un fort volant dont le rôle est capital, attendu que, sur deux tours de Tarbre, un demi-tour seulement est moteur. En effet, la première course du piston aspire le mélange tonnant, la course-arrière consécutive comprime ce mélange dans une chambre, dont le volume est égal aux 4 dixièmes du volume total du cylindre ; Texplosion survient alors et ramène le piston en avant, en produisant un travail moteur ; puis le piston retourne en arrière une seconde fois et chasse les produits de la combustion. Sur quatre courses du piston, une seule est donc efficace, et le volant doit emmagasiner la force vive actualisée à cet instant pour suffire au travail résistant dépensé pendant les trois autres courses sans perdre sensiblement sa vitesse acquise. Le volant joue donc un rôle considérable dans le moteur Otto, et sa masse doit être plus grande en raison de la fonction d'accumulateur d'énergie qui lui est dévolue.
11 convenait de rappeler brièvement le fonctionnement de ce moteur avant d'entreprendre la description des ingénieux éléments dont il se compose.
Les figures 55 et 56 montrent le moteur en élévation ; il est vu par le fond dans la figure 57 et la figure 58 donne une coupe du tiroir d'admission du cylindre et du piston. Ces trois dessins permettent de se rendre compte de la disposition et du fonctionnement des principaux organes de la machine.
Le moteur Otto est simple en réalité : toutes les opérations, l'aspiration, la compression, l'explosion, la détente et le refoulement,
s'opèrent dans un seul cylindre, par rintermédiaire d*un piston unique ; un même tiroir effectue l'allumage et l'admission; une soupape
^-^A-jr
laisse échapper les gaz. Une machine Corliss est assurément plus compliquée.
Fig. 56
Tous les organes de distribution sont commandés par un arbre bb' qui reçoit le mouvement de Tarbre de couche, par une paire de roues coniques J : cet arbre hh' fait un !our pondant que le volant en fait
deux. Son extrémité porte une manivelle K, qui donne un mouvement alternatif à la barre H, directement liée au tiroir E.
L*arbre bb' porte encore deux cames: Tune, C, qui peut se déplacer sous Taclion du régulateur, commande la soupape d'admission F du gaz au tiroir de distribution ; Tautre B, actionne par l'intermédiaire du levier G, par dessous le cylindre, la sou- Fig. 57 ^^ pape d'échappement s.
La paire de roues L détermine la rotation du régulateur à boules R. Avant de décrire le jeu de ces divers organes, il convient d'indiquer encore le mouvement relatif de la manivelle motrice et de la
Fig. 58
manivelle de distribution K, cette dernière ayant une vitesse angulaire moitié moindre que la précédente. L'épure de la figure 59 permet de suivre leur marche. La manivelle motrice part de M et suit le chemin MNOP ; la manivelle K a le point m pour origine et parcourt la circonférence mnop ; Tangle de -^ ^ calage est donc égal à 45^ Les positions M, xn, N, /?, 0, 0, P et/?, se correspondent évidemment : Xy y, z et r sont les positions respectives du tiroir de distribution. On voit
XP
Fig. 5y
sans peine quels sont les chemins parcourus dans le même temps par les trois organes.
Manivelle motrice
Chemins MN NO OP PM
Maaivelle K
mn no op pm
Tiroir E ZXZ
zr ryr rz
l'hase
Aspiration .
Compression.
Explosion.
Décharge.
Pendant l'aspiration, la soupape F est ouverte ainsi que le tiroir E ; le gaz entre en F et se rend au tiroir par le tuyau et par Torifice d ;
d'autre part, l'air est appelé par p et mélangé au gaz par les orifices multiples d'un diffuseur qui sera décrit en son lieu. Le mélange tonnant pénètre dans le cylindre par le canal m, pratiqué dans Tépaisseur de la culasse. Pendant la compression, le tiroir se déplace de zr et vient fermer Torifice m : on voit cette position représentée dans la figure.
Le tiroir reste fermé pendant les deux périodes qui suivent : mais la décharge s*opère par la lumière latérale L et par la soupape s (fig. 88).
c et / sont les deux brûleurs d'allumage : nous nous en occuperons plus loin.
Le régulateur R agit en déplaçant la came C sur Tarbre bb' ; la vitesse augmentant, cette came cesse d'actionner le levier A qui commande la soupape d'admission F.
Un levier e permet de déplacer à la main la came B de décharge : c'est un moyen de faciliter la mise en train. Normalement, la soupape d'échappement s doit être fermée pendant que le mélange tonnant est comprimé ; mais, au moment de tourner le volant à la main pour mettre la machine en mouvement, il est très avantageux de supprimer la compression ; on y arrive en avançant la came B jusqu'à ce qu'une double saillie actionne le levier D et opère deux fois par cycle, au lieu d'une, l'ouverture de la soupape s.
Il nous reste à décrire quelques pièces de détail. Otto a muni le cylindre d'un réservoir graisseur G" qui distribue mécaniquement et méthodiquement l'huile nécessaire au cylindre et au tiroir, par deux conduits obliques ; l'huile tombe goutte à goutte de l'extrémité de ces tubes : on règle le nombre des gouttes à 10 ou 12 par minute. Une petite turbine, mue par une corde /î2, distribue l'huile aux tubes (*).
Le tiroir E est emprisonné entre la culasse du cylindre et une contre-plaque E', qui est maintenue par des ressorts a (fig. 88); on peut en serrer les écrous à volonté, mais il faut se garder de toute exagération, car on s'exposerait à des grippages. Le serrage est indiqué lorsque le tiroir crache ; cet inconvénient se présente lorsque plusieurs inflammations consécutives onî. manqué ; la pression explosive augmente alors beaucoup puisqu'il n'y a plus de dilution, et la contreplaque peut être repoussée, si elle n'est pas fortement serrée.
L'eau de circulation pénètre dans l'enveloppe du cylindre par un orifice q ménagé sur le côté gauche de la culasse ; un robinet permet
(t) Le graisseur G" est quelquefois divisé en deux par une cloison permcllant d'employer, pour le tiroir seul, une huile de qualité sup(?rieurc,
de régler son introduction de manière à ne point dépasser une température de SS''. Un tuyau de 10 à 15 millimètres de diamètre suffit suivant la pression d'eau dont on dispose. La sortie de Teau se fait par la tubulure n, placée au sommet de Tenveloppe ; on fait écouler le liquide dans un entonnoir évasé permettant de se rendre compte de sa quantité et de sa température.
Quand on ne dispose pas d'une pression d*eau, on est obligé d'établir un réservoir à eau à proximité du moteur : les différences de température entre l'enveloppe et le réservoir suffiront pour produire une circulation continue, pourvu que le niveau de l'eau dans le réservoir dépasse de 20 centimètres le tuyau supérieur n de l'enveloppe.
Les moteurs Otto sont pourvus d'un réservoir d'aspiration et d'un réservoir d'échappement dont le principal objet est d'obtenir une marche silencieuse. Le réservoir d'aspiration, qui n'est point représenté sur nos dessins, est placé généralement en-dessous du cylindre : si le moteur se trouve dans une atmosphère chargée de poussières, on peut alimenter ce réservoir d'air pur puisé au dehors. Le réservoir d'échappement est intercalé dans le tuyau de décharge ; il présente un large tuyau de dégagement vers l'extérieur. On obtient une évacuation bien silencieuse en appliquant à l'extrémité du tuyau d'échapparftent un manchon de réduction de moindre diamètre; mais on augmente nécessairement ainsi la contrepression. 11 est plus avantageux de disposer ce réservoir d'échappement à l'air libre : les produits de la combustion viennent alors s'y détendre et se refroidir, et les eaux de condensation ainsi que le cambouis produit par les huiles dégraissage s'accumulent au fond; on les évacue par un robinet purgeur.
Le gaz est amené à la soupape F par un tuyau dont le diamètre doit être d'au moins 40 millimètres pour un moteur de 4 chevaux; une poche de caoutchouc doit nécessairement être disposée sur ce tuyau de prise de gaz, de manière à constituer une ample réserve qui empêche l'aspiration du piston de produire un appel direct dans la conduite. On assure une bonne marche au moteur en facilitant l'alimentation du gaz.
C'est par dessous, en a (fig. 57), que vient le gaz nécessaire au brûleur ; le tube P conduit dans la chambre du tiroir le gaz nécessaire à la flamme qui produit l'inflammation; le tube y, fixé à la contre-plaque, alimente le brûleur à cheminée e : ce brûleur, constamment allumé met le feu, avant chaque explosion, au filet de gaz amené dans la chambre du tiroir par le tuyau voisin p. Des robinets permettent de réglera
volonté le débit des tuyaux p et y; la flamme du brûleur permanent c doit avoir 3 à 5 centimètres de hauteur ; il convient d'allumer d'abord cette flamme avant de toucher au robinet p, dont Touverture doit être réglée avec beaucoup de soin, si Ton veut que le moteur marche régulièrement et qu'il ne se produise pas de ratés dans l'explosion.
La prise de gaz du brûleur doit être faite en amont de la poche de caoutchouc, à la plus grande distance possible, car il est essentiel que la flamme c brûle avec la régularité la plus parfaite, sans trembler ni vaciller; un diamètre de 10 millimètres sera considéré comme un minimum pour le tuyau a.
Je crois avoir décrit les organes principaux du moteur Otto.
€ Il est à remarquer, dit M. Wehrlin, et nous sommes de son avis, que tous les organes du moteur Otto se prêtent à un démontage facile ; ils sont tous accessibles et absolument indépendants les uns des autres. Ainsi pour démontcîr le tiroir, il suffit de désarticuler sa bielle motrice; de même le piston se démonte, sans qu'il soit nécessaire de toucher aux glissières, en retirant simplement le tourillon qui relie la crosse du piston à la bielle motrice. Ces particularités qui, au premier abord, peuvent passer inaperçues, oni leur importance lorsqu'il s'agit de moteurs appelés à tomber entre des mains inexpérimentées, comme c'est souvent le cas. »
Il me reste à dire un mot sur le dispositif que l'ingénieur allemand a considéré comme essentiel dans sa machine et qu'il a protégé par une spécification formelle do son brevet.
Otto avait compris qu'en ralentissant la combustion explosive du mélange tonnant il diminuerait sa température maximum et que par suite, il pourrait réduire l'influence nuisible des parois ; il reprit donc une partie des gaz brûlés d'une cylindrée précédente et il dilua, dans cette masse inerte, le mélange combustible formé par le tiroir et introduit dans le cycle pendant la période d'aspiration. Mais ce ' mélange aurait pu devejiir incombustible, bien que l'allumage se fit au dard de flamme et non plus à Tétincelle; ce résultat eût été désastreux. Pour obvier aux inconvénients d'une dilution ex-jgérée, Otto dut recourir à un artifice particulier, dont l'invention et la propriété ne sauraient lui être contestées; il eut l'idée de statifier, par couches de plus en plus combustibles, le mélange tonnant derrière le piston. A cet effet, le piston aspire d'abord le mélange d'air et de gaz par la lumière du tiroir; le gaz, étant obligé de traverser un diffuseur, dont les dimensions sont proportionnées au dosage voulu du mélange, forme un mélange tonnant qui se mule au résidu de l'opération précédente et constitue, en somme, un mélange pauvre ; ces gaz avan-
cent dans le cylindre à la suite du piston. Le tiroir continue cependant de fournir son mélange de gaz et d'air; il se forme donc une seconde couche plus riche que la première. Enfin, le tiroir est fait de telle sorte que Tadmission d'air cesse avant l'admission de gaz; d'où production d'une troisième couche très riche. 11 existe donc, derrière le piston, un mélange hétérogène de richesse croissante vers la culasse du cylindre; le dard de chalumeau jaillit dans la partie la plus riche du mélange, l'enflamme infailliblement et la combustion se propage de proche en proche en produisant ce nachbrenncn^ cette combustion lente et progressive que l'inventeur voulait obtenir.
11 l'a réalisée, on ne saurait le nier.
En effet, j'ai déjà montré à plusieurs reprises, sur le diagramme de ce moteur, que la combustion y est lente et retardée. D'autre part, M. Slaby (*) a calculé que 55 % de la chaleur disponible sont instantanément dégagés par la réaction, tandis que 45 % ne sont fournis que graduellement par elle, pendant la détente des produits de la combustion. Tous les expérimentateurs, MM. Thurston, Brooks et Steward, Ayrton et Perry sont d'accord pour constater l'effet que je signale présentement. 11 existe donc réellement.
Mais deux questions peuvent être posées subsidiairement :
1** Cet effet est-il avantageux?
2® Résulte-t-il vraiment du dispositif Otto?
Nous répondons à la première question que, d'une part, le nacbhrennen est une cause de déformation du cycle et d'abaissement du rendement; d'autre part, au contraire, il intervient utilement, car il peut réduire l'influence des parois. Cela ressort de la théorie que j'ai exposée ci-dessus. En somme, la déperdition par la paroi et par la décharge restant considérable, je n'hésite pas à affirmer que la combustion graduelle ne donne pas un avantage marqué. Ce n'est assurément pas le nacbbrennen^ cherché et réalisé par Otto, qui a fait de son moteur le plus parfait des moteurs à gaz ; sans dilution exagérée, Dugald Clerk et d'autres ont obtenu d'aussi beaux résultat que lui ; la prééminence actuelle du moteur Otto est due surtout à la compression préalable et à la perfection de son agencement et de sa construction. En comprimant plus qu'il ne le fait, on obtient de meilleurs résultats que lui au point de vue de la consommation de gaz.
Pour ce qui est la seconde question, la réponse est dès lors aisée : la combustion graduelle est le résultat de la dilution du mélange, et nullement de la prétendue stratification des couches. La diffusion du
(1) Voir Schœitler, die Gasmaschine, p. 47 et suivantes.
gaz dans Tair est très rapide et le mélange des veines est complété par Tagitation produite par le retour du piston sur lui-même et par la compression du mélange au tiers de son volume. La théorie de la stratification, imaginée par Vinventeur, nous paraît fictive; on y supplée par la théorie de Faction de paroi qui explique tout et suffit à tout, ainsi que je Tai amplement démontré ci-dessus.
En écrivant ces lignes, je crois énoncer un fait, et je repousse loin de moi Tidée d'une critique, car je reconnais hautement le mérite de l'œuvre remarquable du D*" Otto. Avec notre compatriote Lenoir, il est vraiment le créateur du moteur à gaz. Le succès étonnant qu'il a obtenu était mérité ; en même temps qu'il recevait les distinctions les plus flatteuses, la fortune lui souriait et il vendait en dix ans plus de 30,000 moteurs Otto, représentant une puissance totale de 110,000 chevaux.
La grande usine de Deutz, près de Cologne, construit le moteur Otto pour l'Allemagne ; en France, la Compagnie française des Moteurs à gaz; en Angleterre, MM. Crossley Brothers and C°, de Manchester; en Belgique et en Hollande, la maison Félu-Defize, de Liège, et en Amérique, MM. Schleicher-Schumm, de Philadelphie, sont concessionnaires des brevets. MM. Crossley ont seuls modifié le type primitif d'une façon notable.
L'unique reproche qu'on faisait au moteur Otto et à tous les moteurs de ce genre, c'était qu'il manquait de régularité, par suite de sa marche à quatre temps : les ingénieurs de Deutz ont répondu à cette critique, exagérée du reste, en donnant quelquefois une faible inclinaison à leurs cames d'admission et en les disposant de telle sorte qu'il y ait admission de gaz à chaque coup ; en d'autres termes, ils ont sacrifié dans certains cas le principe du tout ou 7\en. On travaille alors incontestablement dans des conditions un peu moins favorables et la consommation de gaz augmente légèrement, mais on supprime les à-coup et le moteur gagne en régularité; sa marche devient plus douce et plus silencieuse. On a pu do la sorte employer des moteurs à un cylindre pour actionner directement des dynamos en vue d'alimenter des lampes à arc, voire même des lampes à incandescence.
Mais il vaut mieux employer des moteurs à deux cylindres, quand on veut faire de l'éclairage par incandescence : on accouple donc deux moteurs, de manière à ce que leurs manivelles motrices soient parallèles, ce qui donne un coup par tour. La distribution s'opère alors par deux tiroirs conjugués, disposés de manière à ce que l'admission dans un des cylindres coïncide avec la compression dans l'autre ; les
soupapes d'échappement sont commandées par deux leviers et la soupape de régulation par deux cames; l'emploi de ces deux cames permet de faire marcher au besoin un seul des deux moteurs.
Les moteurs Otto à deux cylindres sont construits, suivant leur puissance, sur deux modèles différents : jusqu'à 25 chevaux, un arbre de transmission est placé entre les deux cylindres et les tiroirs servent à la fois, comme dans le type classique, à l'admission et à l'inflammation. Au-dessus de 25 chevaux, les moteurs bicylindriques sont pourvus de deux arbres placés à côté des cylindres et en dehors : l'admission se fait alors par soupapes et le tiroir est réservé uniquement à l'allumage; ses dimensions sont alors extrêmement réduites.
Ces moteurs à deux cylindres conviennent parfaitement à l'éclairage électrique et on les a utilisés en maintes circonstances, et notamment dans les stations centrales de Toulon, Montpellier et Bordeaux où ils donnent d'excellents résultats. Quand le travail dépasse 50 ou 60 chevaux, on arrive même à accoupler 4 cylindres, ainsi qu'on l'a vu par la machine de 100 chevaux exposée au Champ de Mars en 1889. Cette solution de la question des moteurs de grande puissance a été fort critiquée, parce qu'on croyait y voir un aveu d'impuissance ; en réalité, c'est assurément la solution la plus sûre, bien que ce ne soit pas la plus élégante.
En 1879, Otto a essayé d'appliquer à ses moteurs le principe des détentes successives, d'après lequel a été créée la machine à vapeur compound. Cette tentative avait toutes les promesses de la théorie ; en effet, en recevant les produits de la combustion dans un cylindre spécial, qui permet de les faire détendre complètement, on perfectionne notablement le cycle, et il doit en résulter une élévation du coefficient de rendement. Par contre, on augmente aussi la surface des parois et les résistances passives, et il pourrait résulter, de ce double chef, un déchet qui compenserait lo bénéfice acquis d'autre part : la question demande à être soigneusement étudiée. En tous cas, il faut calculer les dimensions relatives des cylindres de détente et de haute pression, de telle sorte que le premier accomplisse au moins la moitié du travail total; sinon, l'expérience a démontré à M. Otto que les moteurs compound ne présentent aucun avantage ; M. G. Richard affirme même (*) d'après ces essais, qu'il parait difficile d'obtenir un grand profit de cette disposition.
Le moteur compound Otto se composait de deux cylindres conjugués à haute pression, entre lesquels se trouvait le cylindre de détente; tous les trois cylindres étaient à simple effet; leurs pistons
(1) Les moteurs à gaz, p. 270.
étaient reliés entre eux, de telle façon que la première course motrice du détendeur s'accomplît alors que Tun des pistons à haute pression refoulait les gaz brûlés, tandis que Tautre aspirait le mélange tonnant ; la seconde course motrice se produisait au contraire pendant que les mêmes pistons à haute pression aspiraient inversement le mélange ou refoulaient les gaz brûlés. En somme, par chaque tour de manivelle, il y avait une poussée motrice de l'un des pistons à haute pression et une poussée consécutive du piston de détente. Un double jeu de soupapes opérait le transvasement des gaz des cylindres de pression au cylindre de détente ; une soupape unique déchargeait les gaz à Tair. La détente du gaz et de Tair aux cylindres de haute pression se faisait comme dans le moteur Otto ordinaire.
Le dessin et la conception de cette machine compound fait honneur aux ingénieurs des ateliers de Deutz; mais il me paraît douteux que le prix élevé d'un tel moteur puisse être racheté par des avantages suffisants. D'ailleurs, le moteur compound a entièrement disparu de la scène depuis quelques années et nous n'en avons parlé que pour mémoire.
Le prix élevé des moteurs Otto de faible puissance nuisait à leur vente ; une machine d'un demi-cheval coûte 1.500 francs, celle d'un
cheval, munie d'un socle, coûte 2.400 francs ; ces prix, qui sont rémunérateurs pour le constructeur, découragent souvent l'acquéreur. La maison Otto l'a compris, et elle a créé un modèle nouveau de petits moteurs domestiques qu'ellevend à Deutz 800 marks .
le tiers de cheval et 1.350 marks le cheval, soit environ 1.000 et 1.675 francs : en France, le huitième de cheval se vend 750 et le quart, 950 francs. La figure 60 reproduit le type d'un cheval ; on y reconnaît sans peine en E, le tiroir Otto, qui est commandé par un plateau manivelle a et un plateau de renvoi b ; une soupape d'échappement Uvre issue aux gaz brûlés du côté opposé au tiroir d'admission. Cette machine fait
Fig. co
200 tours à la minute ; elle est bien conçue et je n'oserais critiquer que la disposition verticale d'un cylindre ouvert à la partie supérieure. M. Otto construit du reste aussi des moteurs dont le cylindre est ren-
Fig. 6L
versé et qui sont à Tabri de toute objection. Un moteur de -^ de cheval ne dépense guère que 280 litres, ce qui est un fort beau résultat
Ce succès a amené la Compagnie des Moteurs Otto à créer un type nouveau à cylindre vertical.
Le moteur vertical est représenté en élévation par la figure 61 : on y retrouve tous les éléments du moteur horizontal, cycle à quatre temps, conservation des produits de la combustion dans un vaste espace nuisible, devenu une très utile chambre décompression, allu-
Fig. ai
mage du mélange par une flamme, etc., ainsi qu'on peut s*en rendre compte par les figures 62 et 63, représentant la vue extérieure des organes d'admission et une coupe du tiroir.
La machine repose sur un large socle formant à la fois bâti et enveloppe ; l'admission se fait par / sur la droite, la décharge par e sur la gauche. L'air est appelé à travers Torifice a; il est puisé dans le socle même de la machine, ce qui présente le double avantage d'amortir le bruit de l'aspiration et d'empêcher l'introduction dans le cylindre et les organes de distribution de poussières, qui useraient les surfaces frottantes et compromettraient leur étanchéité.
L'allumage s'opère, suivant le mode connu, par un transport de
flamme sous pression : b est la veilleuse permanente, T la chambre d'allumage ; le canal /, t\ V de la figure 63 sert à la conservation en équilibre de pression de la flamme.
On voit sans difficulté le dispositif de commande des organes d'admission et de décharge par les bielles pendantes, figurées à droite et à gauche du bâti.
Le régulateur mérite une mention spéciale ; c'est un pendule pg\ dont le bras g' attaque la butée g^ qui ouvre la prise de gaz G. Ce pendule est articulé ; la bielle pendante t et la tige C du tiroir lui donnent un mouvement alternatif; ces organes soulèvent le contrepoids/?, lequel retombe en vertu de son poids. Mais cette ^*^' ^ chute exige un certain intervalle de temps ; pour une vitesse déterminée du moteur, le contrepoids prend du retard et le bras g' manque la butée g, parce qu'il passe au-dessus. L'admission du gaz combustible n'ayant pas lieu, la machine ralentit sa marche et revient à sa vitesse normale.
Le levier m^ figuré sur le même dessiri, permet d'ouvrir à la main la prise de gaz G pour la mise en marche du moteur.
Ce moteur vertical reproduit, ainsi qu'on a pu en juger par cette courte description, les meilleurs dispositifs du moteur horizontal : il a de plus l'avantage d'occuper peu de place.
Dans ces derniers temps, pour répondre au désir de quelques clients, on a adapté un nouvel allumage aux moteurs Otto ; nous voulons parler de l'emploi des tubes incandescents dont le principe parait avoir été indiqué la première fois par sir William Siemens. Nous le décrirons plus loin avec détail.
Quelques autres modifications ont été apportées aussi au type horizontal.
Et d'abord, dans les grandes machines dépassant une puissance de 40 chevaux, le tiroir Otto à double fonction d'allumage et d'admission a été remplacé par une distribution à soupape ; cette modification, dont nous avons déjà parlé ci-dessus, s'imposait parce que les tiroirs prennent des dimensions trop considérables dans les grands moteurs, et que leur entretien devient par suite fort difficile. La soupape d'accès du gaz, dont la levée dépend de la position du régulateur est généralement placée à l'arrière du cylindre, ainsi que la soupape d'admission, tandis que la soupape de décharge occupe
sa position habituelle ; la figure 64 permet de se rendre compte du groupement de ces divers organes. Le gaz combustible, introduit
par la soupape G, descend vers le mélangeur M et y rencontre Talr, avec lequel il se mêle intimement avant d*atteindre la soupape d'admission M* ; // est le canal d'allumage percé dans le fond de la culasse à la manière ordinaire. Ce dispositif a été breveté dès 1880. Il a paru utile aussi de disposer un moteur spécial pour l'emploi des gaz carbures; le socle a reçu le carburateur. L'admission de l'air ^^-u..«^ ^«* AA^ A ^'nespar
Jairage v 'admisspécial.
ar Otto implacé disposé .
L'allumage mérite d'arrêter notre attention ; il se fait par l'électricité, au moyen d'une étincelle produite par la rupture du contact établi entre une pointe fixe a et un marteau mobile /, heurté en temps opportun par la palette p agissant sur ime tige / (fig. 65). Cette palette est solidaire de l'axe d'une bobine d'induction, qui tourne entre les
pôles d'un aimant permanent et engendre un courant induit, dont on utilise Textra-courant de rupture, par le moyen suivant : la bobine reçoit son mouvement de Tarbre D, par une languette c, qui la lâche au moment de l'allumage, de sorte qu'elle vient frapper la tige /, sous l'impulsion des ressorts R.
La pointe de contact a communique, par l'axe d'un crayon isolant de porcelaine, avec une pointe d'allumage, située dans le cylindre et placée en face d'une contrepointe reliée par un fil, visible sur le dessin, avec la bobine induite. Ce système est ingénieux et il donne de bons résultats ; mais on peut se demander si un appareil à choc réalise les conditions de stabilité et de durée qu'on est en droit d'exiger d'un organe duquel dépend la marche du moteur. A en croire les prospectus des constructeurs, cet inflammateur serait préférable « aux dispositions compliquées, onéreuses et assujettissantes des inflammateurs à pile, à bobines de Ruhmkorff ou à dynamo ». Cette assertion nous parait quelque peu optimiste.
La figure 67 nous permet de mieux nous rendre compte du détail des organes du moteur Otto à air carburé : elle représente du reste le dernier modèle adopté par les constructeurs.
L'électro-aimant est en E : la palette c, fixée sur l'arbre de distribution, heurte le levier ab en équerre et fait mouvoir la bobine, qui est disposée entre les pôles de l'électro ; j est le ressort de rappel du levier ab. La tige de contact n agit sur le levier r, qui porte le marteau mobile o : c'est la suppression du contact entre la pointe fixe s et ce marteau o qui fait jaillir l'étincelle dans la chambre d'allumage. Le ressort d a pour fonction d'assurer le contact entre s et o dans l'intervalle des ruptures. On voit en 1 l'écrou de serrage de la tige de contact et en k le plateau de l'isolateur : h est cet isolateur et q le fil électrique. En enlevant le chapeau de culasse x on peut atteindre aisément la pointe s.
Un moteur Otto de 4 chevaux consomme environ 400 grammes de de gazoline par cheval-heure, soit 60 centilitres d'un pétrole léger de densité égale à 0,68 (*).
Tel est, dans son type normal et dans les modifications qu'il a subies, ce fameux moteur à gaz Otto, dont la vogue est si grande qu'il semble personnifier cette nouvelle classe de machines motrices : beaucoup d'industriels n'en connaissent pas d'autre. Depuis son appa-
(1) Nous emprantons ces chiffres aa prospectas de la Compagnie Française des Moieurs à gaz. Je ne sais sur quelles expériences ils sont fondés.
Fig. C7
rition, il est resté, à peu de chose près, identique à lui-même, ce qui témoigne du soin et de l'intelligence qu'on avait apportés aux études préliminaires ; de fait, il est excellent. Il ne mérite, à mon avis, qu'un seul reproche : il a le défaut de ne pas détendre suffisamment les produits de la coâibustion et de les rejeter dans l'atmosphère à une tension et à une température beaucoup trop considérables. Pourquoi les ingénieurs de Deutz, qui avaient l'expérience de leur machine atmosphérique, dont la dépense était si réduite, ont-ils négligé cet élément si important pour l'utilisation ? On dit quelquefois qu'ils n'auraient eu qu'à allonger la course du piston pour produire une détente plus complète. La difficulté est néanmoins plus grande en réalité ; car supposons un instant que l'on augmente la longueur du cylindre : par le fait même, la quantité du mélange aspiré s'accroît, sa pression s'élève et, malgré l'allongement de sa course, la détente reste aussi incomplète. Il en résulte que, dans le moteur Otto, il est impossible de détendre davantage les gaz brûlés, à moins qu'on ne trouve le moyen de rendre l'admission du mélange [indépendante de la longueur du cylindre, ce qui présente de grandes difficultés, attendu qu'il en résulterait un vide relatif dans l'aspiration. De ce chef, le moteur Otto, et en général tous les moteurs dans lesquels le piston joue le double rôle de comprimeur et de moteur dans un cylindre unique, ont un élément d'infériorité indéniable ; il est certain cependant qu'il serait possible d'obvier à l'inconvénient que je viens de signaler. M. Seraine a notamment trouvé une solution remarquable de la difficulté, en faisant comprimer le gaz par la face antérieure d'un piston différentiel dont la section est moindre que celle de la face postérieure ; mais il a été amené de la sorte à disposer un réservoir intermédiaire entre les deux parties du cylindre, ce qui est un autre inconvénient et souvent un danger. Sir William Siemens avait fait usage d'un piston différentiel dans le même but, dès 1881. Depuis lors, Atkinson, en Angleterre, et Charon, en France, ont essayé à leur tour de modifier le moteur Otto dans ce sens et il faut reconnaître qu'un succès relatif a couronné leurs efforts.
On nous a demandé souvent pourquoi le moteur Otto a généralement une consommation légèrement supérieure à celle de quelques moteurs similaires inventés depuis lors ; le cycle des nouveaux moteurs est-il supérieur ou mieux réalisé que celui qu'avait tracé le maître ? Nous répondons négativement à cette dernière question : le cycle de tous les moteurs du genre Otto est le même; Atkinson et Charon seuls l'ont perfectionné un peu en allongeant la détente, mais ils ont réduit d'autre part la compression ; les autres l'ont pris tel
quel. A quoi tient donc que les moteurs Otto consomment au moins 700 litres par cheval-heure effectif? La cause en est dans le peu de compression que font tous les constructeurs ^u moteur Otto (') ; ils se sont fait une règle de ne jamais dépasser 2 kilogrammes et demi. Ils perdent donc volonlairemeDt nn -peu de rendement, mais ils gagnent d'autre part au point de vue de la résistance et de la durée de la machiné : il serait assez difficile de le prouver mathématiquement, parce que ces choses-là ne se chiffrent pas, mais celte thèse peut se soutenir.
Moteur Grossley.
MM. Grossley frères, d*Openshaw (Manchester) sont concessionnaires du brevet Otto en Angleterre, mais leur construction diffère certainement plus du moteur Otto classique que la plupart des moteurs similaires à quatre temps qui se disputent la faveur du public. A notre avis, ils ont perfectionné réellement l'ensemble du moteur Otto : nous allons le démontrer au double point de vue de la théorie et de la pratique.
Et d'abord, pour ce qui est du cycle en lui-même, les constructeurs anglais font de la compression préalable autant que le permet la bonne marche d'un moteur : ils vont à 5 atmosphères. De plus, au lieu de chercher à produire la combustion retardée {imchbrennen) dont les ingénieurs allemands font tant de cas, ils rendent la combustion aussi rapide que possible, ainsi qu'en témoigne le diagramme de la figure ci-contre.
Enfin, ils ont forcé la vitesse du piston jusqu'aux dernières limites : quelques-unes de leurs machines font jusqu'à 250 révolutions par ^»B- ^ minute.
Je serais inconséquent avec moi-même si je ne louais MM. Grosley
(1) Nous en exceptons MM. Grossley.
d*être entrés si hardiment dans cette voie, si conforme à mes théories et qui leur promet les plus beaux succès. Du reste, le résultat obtenu montre bien l'avantage que donnent les combustions vives, les fortes compressions et les détentes rapides : il sort chaque semaine 45 moteurs des ateliers d'Openshaw.
Passons à Texamen des détails de ces belles machines, qu'on a tant admirées à l'exposition de 1889.
Ce n'est que dans les moteurs verticaux que le tiroir plan et l'allumage d'Otto ont été conservés : ce tiroir se meut horizontalement à la base du cylindre ; il est commandé par un arbre de distribution vertical disposé sur le côté. Un régulateur-pendule, monté directement sur l'extrémité du tiroir, règle l'admission du gaz. ;
Les moteurs horizontaux sont d'un modèle nouveau : leur distribution est à soupapes et l'allumage est opéré par un tube incandescent. Ce tube en fer est monté à vis sur un conduit communiquant avec la chambre de compression : un obturateur est di&posé sur ce conduit ; c'est tantôt une soupape, tantôt un petit tiroir percé d'une lumière, par lequel on règle avec une très grande précision le moment du contact des gaz tonnants avec le métal rougi, c'est-à-dire le moment de l'allumage. Le tube est placé au centre d'une cheminé© et il est chauffé par un brûleur de Bunsen. »
Il y a, dans les moteurs Crossley, deux régimes de marche et d'allumage : l'un correspond à la mise en train, l'autre.ila marche normale de la machine. On avance ou l'on retarde à la main le moment de l'allumage en faisant varier la levée de la soupape ou le calage du tiroir, suivant que le moteur tourne plus ou moins vite.
Il n'y a plus de glissières dans ces moteurs ; un arbre de distribution, parallèle à l'axe du cylindre, transmet le mouvement à des leviers articulés passant sous le cylindre et commandant la soupape d'admission, la soupape d'échappement et l'ablurateur d'inflammation. Sur le premier leViér est monté un régulateur d'inertie qui obéit plus on moins promptemënt à l'impulsion qu'il reçoit de la came placée sur l'arbre distributeur ; c'est ainsi que s'opère le réglage de la vitesse.
L'arbre de distribution reçoit le mouvement de l'arbre moteur par l'intermédiaire de deux roues hélicoïdaleà.
Tout cet ensemble est si simple, si harmonieux, si élégant, que le moteur Crossley dépasse certainement d'après nous, son modèle, et nous lui accorderions volontiers la palme sur tous les moteurs à quatre temps, si l'es tlié tique pouvait avoir une part quelconque dans nos appréciations.
Ce qui précède explique les résultais économiques obtenus par
MM. Croasley : la consommation de leurs moteurs est descendue à 575 Utres par HP.
La mise en route des moteurs à gaz est souvent une grosse difficulté, surtout lorsque la puissance développée est considérable ; un appareil mécanique de mise en train s'impose dans ce cas. L'idée première de ces appareils, dits self-starter, appartient à M. Dugald Clerk, mais il en existe un certain nombre d'autres, remplissant fort bien leur fonction. Tel est .le self-starter de Lanchester, auquel MM. Crossley ont donnés la préférence. Cet organe se compose d'un robinet pratiqué dans la partie supérieure du fond du cylindre, dans lequel se trouve aussi disposé un vclapet dç retenue : un bec de gaz est placé au-dessu«?de oeirobiûet. Amenons la piston au milieu de sa course de travail etalimentons-lede mélange tonnant sans compression, ce qui se fait aisiémient à l'aide d'^n. petit tuyau de gaz spécialement disposé à cet elfet. Il suffit alors d'allumer le bec supérieur et d'ouvrir le robinet en dessous.: la flamme du liée allume le mélange, le fait exploser, ferme te clapet ie retenue et pousse le piston en avant. Aussitôt le moteur. lancé^on. tourne les rQbinets et on éteint le bec allumeur. Avec uni peu d'habitude et de savoir-faire, un ouvrier ne manque jamais sa mise en route (*).
MM. Crossley ont abordé la construction des moteurs de grande puissance et ils ont fait, de nombreuses installations de 40, 60, 80 et même 120 chevaux pardeux cylindres. Les figures 69 et 70 ci-contre, représentept un moteur à un. cylindre et à deux cylindres. On peut développer 70 chevaux au frein par cylindre, en donnant au moteur une vitesse de 160 révolutions par minute : un tel moteur ne pèse que 10.668 kilogrammes et coûte 15.800 francs. Un moteur de 140 chevaux effectifs à deux cylindres pèse 17.780 kilogrammes et coûte 31.600 francs. Nos constructeurs français sont à la veille d'éprouver une rude concurrence de la part des ateliers d'Openshaw : ils feront bien de s'y préparer !
