PRESSION

Maximum Fioale Moyenne

Combustion lente. • . . 8S8 à 13^ 8^28 8^62

— rapide . . . 20S3 2^90 4^25

£n combustion rapide, le phénomène est plus régulier et il est accompagné d'un plus grand développement d'énergie ; l'écart est de 20,7 % et il serait suffisant pour élever le rendement d'un moteur de 19,3 % (chiffre trouvé par M. Meyer) à 23,8 %.

Observons d'ailleurs encore que la pression finale est inférieure

(1) c Man kann tagen, dass infolge der rascheren Zûndung yollere Diagramme erhallen vrdrden und darum die Umdrehungsgeschwindigkeit zunahm ; anderseits kann man sich abor mit yiel Wahrscheinligkeit denken dass durch die grôssere Umdrehungsgeschwindigkeit die scbnellere Verbrennang herbeigbfûbrt wjrde indom das eintretende Cas and Lnft gemiaeh starken Wirbelungen unlerworfen wurde. >

dans le diagramme à combustion rapide, haute pression explosive et variation à volume constant que dans celui qui correspond à une combustion progressive, avec explosion à pression presque constante. La perte à l'échappement est donc moindre et, comme la perte par la paroi est elle-même diminuée, il n'est pas étonnant que le rendement soit notablement supérieur.

Une autre intéressante contribution à la théorie expérimentale des moteurs est due à M. Grever, qui a étudié les effets produits sur la force explosive par la teneur des mélanges tonnants en gaz brûlés (1); ces recherches pouvaient mieux que toutes autres résoudre la question si importante et si discutée des avantages résultant du balayage des produits de la combustion dans les chambres d'explosion des cylindres.

M. Grever a effectué une longue série d'expériences au laboratoire du collège de Leeds : son mode opératoire ne diffère pas de celui que j'ai employé dans mes expériences de 1883 sur la combustion des mélanges tonnants. Il a employé un cylindre résistant en fonte ayant 28 litres de capacité ; la charge était allumée par une étincelle d'induction ; les pressions étaient enregistrées par un indicateur Crossby sur un tambour tournant, sur lequel un diapason traçait par sa sinusoïde des repères permettant de mesurer les temps avec précision. J'ai constaté autrefois qu'un tarage convenable de l'indicateur permet de réaliser ainsi une mesure suffisamment précise des pressions développées par l'explosion. Les volumes des gaz constitutifs des mélanges étaient déterminés en remplissant d'abord le cylindre d'eau et en jaugeant le liquide qu'il fallait faire écouler pour aspirer le gaz. On commençait par conserver dans le cylindre le volume de gaz brûlés sur lequel on se proposait d'opérer; on introduisait ensuite un demi-volume d'air pur, puis le gaz d'éclairage et l'on complétait la charge par une aspiration d'air. Le gaz, fourni par l'usine de Leeds, avait la composition suivante en volume :

Proiocarbuie d'hydrogène 85,2

Oléfines 4,2

Hydrogène 52,9

Azote 0,1

C0« et 0 U

(ï). Frederiek Grofer,TA« e/feeti of t?$e products of combustion upon explosive mixtures ofcoal gas and air; dans The PracticcU Engineer^ 1895.

Ce gaz exige pour sa combustion complète 8,7 volumes d'air.

On a expérimenté sur des mélanges de 16, 18, 14, 13, 12,10, Set 6 volumes d'air: le premier dosage donnait souvent lieu à des ratés d'explosion.

M. Grever fait connaitre d'intéressants et très importants résultats, que nous ne pouvons tous rapporter ici ; nous ne signalerons que les plus intéressants.

Il a démontré péremptoirement que les explosions sont plus rapides lorsque l'excès d'air est remplacé par des gaz brûlés inertes ; cela resort du diagramme ci-contre dans lequel on a porté en abscisse les temps et en ordonnées les pressions. La courbe la plus surbaissée

Fig. 33

(fig. 33) est celle d'un mélange fait dans la proportion de 18 pour 1 ; les autres sont des courbes obtenues avec des substitutions à l'air de 18 et de 20^ de gaz brûlés.

Le tableau pi-contre donne en chiffres les résultats relevés avec divers mélanges.

On voit que, pour certains dosages, la substitution des gaz brûlés à l'air excédent provoque d'abord un accrbisseriient de la pression explosive ; toutefois une augmentation graduelle de la teneur en gaz brûlés conduit fatalement, plus ou moins vite, à une diminution de pression.

RAPPORT

entre les Tolumes

da gaz

et du cylindre

RAPPORT

entre les Tolames

de gaz et d'air

RAPPORT

entra l«s Tolumes

de gaz brtMs

et d'tir + gaz

PRESSION Mazimam

AecroiMenMot

To = !«'»

7Tl = ^*'^

Voîci les lois formulées par M. Grever :

l"" On obtient les pressions les plus considéraMes lorsque Tair mélangé dépasse faiblement le volume strictement nécessaire pour la combustion complète.

S"" Dans quelques mélanges, on réalise un accroissement notable de pression lorsque les gaz brûlés prennent la place de Pair en excès.

3* Quand le volume des gaz brûlés n'excède pas 68^ du volume du mélange, celui-ci reste encore explosif, pourvu que le volume d'air ne soit pas inférieur à 5,8 fois le volume du gaz.

4** En remplaçant l'air excédent par des gaz brûlés, on réduit la durée de Texplosion.

L'auteur ne conclut pas autrement ; il semble qu'il n'a pas osé condamner les procédés de balayage et qu'il ait voulu laisser au lecteur le soin de le faire. Nous craindrions de tirer une déduction aussi catégorique d'un travail qui a besoin d'être confirmé par de nouvelles expériences.

Sur les conseils de M. Bunte, professeur à l'Instilut technique de Carlsruhe, MM. Haber et Weber ont entrepris d'intéressantes études sur la combustion incomplète qui peut se présenter dans les moteurs : ils ont pris comme sujet d'expérience un moteur Otto des ateliers de Deutz, de 4chevaux, dontils ont analysé avec soin les produits d'échappement. Une première série d'essais effectuée sur un moteur à soupape leur a donné les résultats ci-dessous :

Travail électrique

Température de la paroi

Degré

de eombastion

incomplète

Bobînet de gaz entièrement ouvert.

Robinet de gaz à demi ferme • •

1200 watts

Dans le premier essai, il se trouvait 8,4 % d'acide carbonique, 8,6 dans le second, 8,05 dans le troisième ; le dernier essai donna 4,3 d'acide carbonique et 12,8 d'oxygène. Les gaz combustibles étaient de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone, de l'acélylène (en quantité

très minime) et des carbures. On a dosé dans une expérience 0,139 % d'hydrogène, 0,161 d'oxyde de carbone et 0,165 de méthane.

Ces essais ont prouvé à l'évidence que les gaz de la décharge ne renferment que des traces de gaz combustibles, quand un moleur fonctionne à pleine charge, et qu'il s'en perd,au contraire, des proportions appréciables lorsque le travail est réduit. Dans ce cas, la perte de chaleur peut atteindre 4 ^ et il y a lieu de la prendre en considération.

Les auteurs de ce beau travail attribuent ces combustions incomplètes à la dilution extrême des gaz combustibles, constituant un mélange amené à la limite d'explosibilité. Si le mélange était bien uniforme, et si les veines gazeuses étaient énergiquement brassées, Teffet serait sans doute moins marqué, car toutes les molécules combustibles rencontreraient des molécules comburantes, si toutefois Tair était admis en proportion suffisante. L'action de paroi interviendrait aussi, quoique moins vivement ; il est évident, en effet, qu'une partie des composants combustibles échappera à la combustion, si ceux-ci sont refroidis au-dessous de leur température de combustion par le contact d'un métal relativement froid. Ce fait a été mis en lumière par l'analyse des gaz déchargés après une ou plusieurs suppressions d'explosion dans le cylindre, surtout dans les moteurs Otto à tiroir ; l'explosion qui suit les courses dans lesquelles le mélange n'a pas subi la mise de feu est plus faible que dans les précédentes, et le diagramme montre que la pression maximum s'étabht avec un relard bien visible sur le tracé.

J'avais déjà déduit de semblables considérations de mes premières études sur la combustion des mélanges tonnants (1) ; je suis heureux de les voir confirmer par l'analyse chimique des gaz de l'échappement.

Ce qui précède nous amène à parler de l'influence d'un parfait mélange des gaz dans les moteurs. Les premiers inventeurs, et notamment M. Lenoir, avaient déjà pressenti Timportance d'une complète diffusion du combustible dans le comburant et ils avaient fait de grands efforts pour réaliser la chose au moyen de soupapes spéciales de diffusion et de mélange. Mais les derniers travaux de MM. Denay-

(1) V oir tome I, page 159.

rouse et Bandsepl ont mis plus vivement en lumière l'avantage qu'il y a à opérer un brassage parfait des gaz à leur admission au cylindre.

M. Bandsept avait exposé ses idées en 1893, dans un intéressant travail sur la production et l'utilisation rationnelles de la chaleur des gaz ; d'après lui, pour se rapprocher des limites théoriques de la combustion parfaite, il faut faire subir au mélange de gaz et d'air trois actions : des chocs superficiels par volumes, des frottements multiples par jet et un laminage moléculaire. Ces mots, que nous empruntons à M. Bandsept, ne sont peut-être pas très clairs, mais l'émineiit ingénieur savait bien ce qu'il voulait dire, et il l'a prouvé en établissant des brûleurs qui ont encore accru la luminosité des manchons Auer et lui ont permis de réaliser des économies inattendues. Il disait aussi que le mélange intinte des éléments et leur dosage exact produiraient mieux leur effet, si l'on faisait ce mélange au préalable, avant de l'introduire dans l'appareil destiné à effectuer sa combustion : on devait réussir ainsi à déterminer la plus grande somme de réactions élémentaires en un espace et en un temps donné. C'était donc le moyen de développer la plus haute température de combustion, attendu que les effets du refroidissement externe ne se feraient plus sentir d'une manière appréciable. Je trouve enfin dans ce mémoire l'axiome suivant, que l'on ne saurait assez méditer : < La combustion est plutôt une question d'air que de gaz »•

Ces idées devaient trouver leur application dans les moteurs aussi bien que dans les appareils d'éclairage.

Pénétré de l'importance d'une parfaite diffusion des éléments combustibles au sein des charges d'air comburant, M. Pétréano s'est efforcé, dès 1896, de la réaliser dans les moteurs en même temps qu'il cherchait à chauffer l'air avant son admission au cyUndre.U est évident qu'en opérant un malaxage intime du combustible et du comburant et en élevant la température de ce dernier, on arrive à rendre explosif un mélange qui ne le serait pas dans les conditions ordinaires du fonctionnement des moteurs; l'explosion d'un mélange déterminé est rendue ainsi plus soudaine et par suite la pression explosive augmente ; enfin, dans un moteur donné, on évite ces combustions lentes et prolongées, qui sont quelquefois encore inachevées au moment où les gaz brûlés sont rejetés à l'atmosphère par la sou-

pape de décharge. L'expérience a justifié ces déductions de la théorie. En effet, en faisant passer Tair et le gaz à travers un réchauffeur, qui brasse le mélange en même temps qu'il l'échauffé, M. Pétréano a obtenu des diagrammes d'une forme toute différente, plus aigus que ceux qu'on relève habituellement, dans lesquels la pression explosive se développe presque instantanément, et monte à un niveau beaucoup plus élevé, ainsi qu'on le voit sur la courbe supérieure de la figure 34; le diagramme inférieur est le diagramme obtenu dans le même moteur dans les conditions de marche ordinaire. La combustion est alors effectuée entièrement au début du cycle et l'on ne voit plus, en démontant le tuyau d'échappement, l'inflammation se prolonger jusqu'au sortir du cylindre, comme on le constate souvent dans les meilleurs moteurs. Par voie de conséquence, il passe moins de ca-

^^jn ^ ^^^

Fig.34

lorique à travers la paroi, conformément aux principes que j'ai posés dans ma théorie des moteurs à gaz tonnant, et l'on pourrait presque supprimer le courant d'eau de réfrigération dans l'enveloppo du cylindre, même dans une machine de cinq chevaux. Tous les diagrammes relevés à la suite dans un essai sont dès lors identiques et

M0TBUR8 ▲ GAZ. — III 10

superposables et Ton n^observe plus de ratés : le travail augmente donc et M.Pétréano affirme avoir obtenu vingt-quatre chevaux par un moteur Otto qui en développait d'abord difficilement seize. Les encrassements du cylindre disparaissent, par suite de ces combustions plus rapides et plus complètes. Enfin, le rendement du moteur est amélioré, el Ton gagne de 50 à 150 litres sur la consommation de gaz par chevalheure; aussi nous cite-t-on une expérience faite sur ce moteur Otto de 16 chevaux dont nous venons de parler, dans lequel le cheval-heure effectif aurait été obtenu par 450 litres. Bref : il y a bénéfice à tous égards. Ces expériences, qui ont été faites à Berlin, devront être répétées sur d'autres moteurs, afin qu'on puisse les contrôler avec soin et en varier la forme de manière à en dégager tous les enseignements qu'elles comportent.

La formation du mélange tonnant dans l'enveloppe peut d'ailleurs faire naître dans certains esprits des inquiétudes qu'il faudra dissiper.

Les mêmes idées fécondes, appliquées à la carburation de l'air par l'alcool, ont conduit M. Pétréano à des résultats non moins décisifs; alors que les procédés habituels aboutissaient à un insuccès, le carburateur de cet ingénieux inventeur a permis, au contraire, d'obtenir des rendements remarquables qui permettent d'espérer que l'alcool sera appliqué un jour à la production de la force motrice. La carburation par la benzine et les essences s'est de même effectuée dans de meilleures conditions. En somme, une voie nouvelle semble ouverte à l'initiative des inventeurs et nous estimons qu'ils peuvent s'y engager avec profit.

Le Comité des moteurs à gaz institué par la Compagnie des ingénieurs mécaniciens anglais (Gas Engine Research Commillee) a publié, sous la signature du professeur Burstall, son premier compte rendu (1) : les recherches n'en sont encore qu'à leur début el pourtant les résultats obtenus présentent déjà un grand intérêt.

L'objet des travaux du comité était peut-être trop large, puisqu'on se proposait de déterminer l'effet économique produit sur un moteur en modifiant toutes les diverses conditions de son fonctionnement,

(1) « First Roport to the Gas Engine Research Commitlee; description of apparalus tnd melhods and prelominary results >, by professer Frédéric BursUill.

compression préalable du mélange, vitesse du piston, fréquence des explosions, température des parois, teneur du mélange en air et gaz, etc. On a pris comme sujet d'expérience un moteur à quatre temps de la maison Fielding et Platt, ayant 152,5 millimètres de diamètre et O^'ySOS de course, pouvant aisément développer quatre chevaux; sa régulation était opérée par admission du tout ou rien : le régulateur était disposé de façon à pouvoir réduire à volonté la vitesse de 205 à 120 révolutions. En faisant varier la longueur de la biellô, on pouvait obtenir des compressions comprises entre 2^46et 6S33 par centimètre carré. Plutôt que d'employer un compteur pour mesurer le gaz dépensé, on a préféré recourir à un gazomètre jaugé, qui avait l'avantage de débiter le gaz sous une pression constante ; mais le compteur a paru applicable à la mesure de Tair admis. Un appareil électrique assez compliqué était adapté au moteur en vue de recueillir les gaz de la décharge au moment même de l'ouverture de la soupape d'échappement, sans qu'il y ait possibilité de rentrée d'air. Le travail était relevé par un indicateur Wayne, à piston rotatif, fourni par la maison Elliott; les diagrammes d'une même série d'essais différaient si peu qu'on pouvait fort aisément construire un diagramme moyen, qui servait de base à la discussion des résultats obtenus.

L'allumage était effectué à l'aide d'un tube à incandescence en fer, pourvu d'une soupape {timing valve)^ analogue à celle de Crossley, mue électriquement.

La composition du gaz a déjà été indiquée à la page 24 pour les deux échantillons employés.

Le pouvoir calorifique de ces échantillons était de 10.430 et 9.874 calories par kilogramme de gaz ; ils exigeaient pour combustion complète 6,61 ou 5,47 volumes d'air.

Dix-sept séries d'essais, poursuivis avec une rigueur et une méthode parfaite, ont donné les résultats mentionnés à la page suivante.

Ce tableau présente un très grand intérêt et il comporte peut-être de graves enseignements; mais je crains qu'on éprouve de grandes difficultés à dégager des conclusions certaines de cet amas de chiffres. Le comité a commenté de la manière suivante les résultats qu'il a obtenus. Il faut écarter d'abord l'essai n**16, qui est le premier par ordre de mérite, parce qu'il correspond exceptionnellement à une pleine charge de plus de 5 chevaux. Les meilleurs résultats à

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