Comment fonctionne un moteur à bulbe chaud | Comment les choses fonctionnent

Un moteur à bulbe chaud Petter (Yeovil made) à la carrière de Laigh Dalmore à Stair, East Ayrshire, en Écosse.  Voir plus de photos de moteurs.

Lorsque la vapeur était reine et que les moteurs à essence et diesel en étaient à leurs balbutiements, les moteurs à bulbe chaud faisaient fureur. Ils pouvaient brûler n’importe quel combustible liquide, fonctionner sans allumage par batterie – parfois pendant des jours – et ils étaient efficaces, simples et robustes. Pour un agriculteur, un pêcheur ou un opérateur de scierie, où la robustesse et la fiabilité étaient les clés de la survie, un moteur à bulbe chaud avait tout pour plaire.

Mais il n’y avait pas tout. Il fonctionnait dans une plage de régime étroite, environ 50 à 300, et était donc d’une utilité limitée. C’était mieux comme moteur stationnaire, bien qu’il y ait eu des tracteurs qui utilisaient la technologie pour se déplacer – bien que lentement. Le moteur était difficile à démarrer et difficile à maintenir.

Mais malgré ces défis, les moteurs à bulbe chaud ont continué à être utilisés dans les années 1950 et dans les années 1960 dans certaines zones rurales profondes. Aujourd’hui, les moteurs sont un pilier pour les collectionneurs sérieux et représentent l’un des jalons historiques de l’évolution des moteurs à gaz. La capacité du moteur à fonctionner avec un certain nombre de carburants pourrait même aider les ingénieurs à créer un moteur plus moderne pouvant fonctionner avec une grande variété de carburants alternatifs.

Continuez à lire pour en savoir plus sur le fonctionnement des moteurs à bulbe chaud.

Laisser aller

Les moteurs à bulbe chaud ont les mêmes composants de base que la grande majorité des autres moteurs à combustion interne. La détonation, ou la combustion des gaz, pousse un piston dans un cylindre. Le piston est relié à un volant via un vilebrequin et une bielle. Cela permet au moteur de convertir l’énergie thermique (la combustion) au niveau du volant d’inertie en énergie mécanique. Le volant d’inertie entraîne alors toute pièce mécanique.

Contrairement aux moteurs à essence et diesel, la combustion dans un moteur à bulbe chaud a lieu dans une chambre séparée appelée « bulbe chaud » ou « vaporisateur ». Essentiellement, la sphère chaude s’étend horizontalement depuis l’avant du moteur, généralement la plus proche du cylindre. La plupart des orbes chauds ressemblaient à un champignon d’arrêt. La lampe contient une plaque de métal, presque comme une soucoupe de tasse de thé, qui chaufferait avec la lampe.

Une buse de carburant, généralement une petite soupape de dosage, faisait couler du carburant dans l’ampoule chaude. Le carburant heurterait la plaque de métal, se vaporiserait, se mélangerait à l’air et s’enflammerait. Un passage étroit reliait la lampe et le cylindre. Les gaz en expansion tireraient à travers le petit passage et déplaceraient le piston dans le cylindre.

Les moteurs à essence utilisent l’électricité pour allumer une bougie et faire tourner le vilebrequin pour faire démarrer le moteur. Les moteurs à bulbe chaud n’ont pas ce luxe. Par temps doux – environ 15,6 degrés Celsius – la lampe doit être chauffée pendant deux à cinq minutes, et jusqu’à une demi-heure par temps froid ou sur des moteurs plus gros. Cette chaleur initiale, développée avec un brûleur dans les premiers jours et plus tard par une bobine d’allumage et des bougies d’allumage, vaporise le premier lot de carburant.

Un opérateur tournait à la main le volant d’inertie du moteur, la partie la plus grande et la plus lourde de l’assemblage (souvent des centaines de livres, même sur les petits moteurs), jusqu’à ce que le processus de combustion soit en cours et que le moteur tourne.

Une fois le moteur en marche, la chaleur de combustion maintiendrait l’ampoule suffisamment chaude pour continuer à faire évaporer le carburant, et le moteur serait largement autosuffisant. Cependant, si la charge du moteur devait diminuer ou s’il était utilisé dans un environnement très froid, la lampe devrait être chauffée périodiquement, voire constamment. Bien qu’apparemment simples et fiables, les moteurs à bulbe chaud pouvaient être capricieux et présenter quelques bizarreries et défis. Certaines de ces fonctionnalités sont décrites à la page suivante.

Le premier moteur à bulbe chaud

L’inventeur britannique Herbert Akroyd Stuart a eu l’idée du moteur à bulbe chaud à la fin des années 1800. Les premiers prototypes sont construits en 1886. L’idée est reprise par le motoriste anglais Richard Hornsby & Sons. La production des moteurs a commencé en 1891 sous le nom de “Hornsby Akroyd Patent Oil Engine”. Le moteur Hornsby Akroyd était un modèle à quatre temps. Aux États-Unis, deux immigrants allemands, Meitz et Weiss, ont commencé la production d’une ampoule à deux temps avec Joseph Dag.

Au début des années 1900, les moteurs avaient atteint leur apogée et étaient produits par des centaines de fabricants. C’était aussi l’époque où la production d’électricité explosait et où les moteurs étaient utilisés pour alimenter les dynamos. La Suède était un gros utilisateur de moteurs (principalement pour les bateaux de pêche), avec plus de 70 fabricants, prenant finalement environ 80% des parts de marché en 1920.

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Entretien et alimentation des moteurs à bulbe chaud

L’un des plus grands avantages des moteurs à bulbe chaud était leur capacité à utiliser n’importe quel type de carburant brut. Fondamentalement, si le carburant pouvait s’écouler à travers un tuyau et s’il brûlait, un moteur à bulbe chaud pourrait probablement fonctionner dessus.

Cet aspect de leur nature a rendu les moteurs populaires le long des tronçons isolés d’oléoducs, qui fournissaient un approvisionnement facile en carburant non raffiné. Les machines étaient pour la plupart stationnaires, bien qu’il y ait quelques tracteurs anciens qui utilisaient des moteurs à bulbe chaud pour la propulsion. En tant que source d’alimentation fixe, les machines étaient idéales pour un usage industriel, qu’elles exploitent un petit magasin ou une petite scierie, fournissant une puissance constante à un prix bon marché. En raison de leur faible puissance personnalisée – un tracteur agricole aurait besoin d’un moteur à bulbe chaud d’environ 20 litres pour fonctionner – les moteurs n’étaient pas utilisés dans des applications industrielles plus importantes telles que l’alimentation d’un moulin.

Preston Foster, conservateur des collections au Coolspring Power Museum et spécialiste professionnel de la restauration de moteurs anciens, a déclaré que les moteurs à bulbe chaud étaient idéaux pour leur époque et leur lieu, mais présentaient certains inconvénients.

Par exemple, les moteurs à bulbe chaud ne fonctionnaient pas bien avec des carburants plus raffinés, tels que l’essence ou le diesel. “Il s’agissait principalement de kérosène et d’autres carburants moins raffinés”, a déclaré Foster.

Les moteurs, en particulier la variante à deux temps, avaient également tendance à reculer, à être submergés de carburant et à devenir presque incontrôlables avant que le régulateur ne puisse rattraper son retard. Foster a déclaré que les composants du moteur avaient été fabriqués à une époque où la métallurgie et l’usinage du moteur étaient relativement grossiers, les pièces pouvaient se casser facilement et les pièces de rechange étaient difficiles à trouver.

Sur les modèles à deux temps de fabrication américaine, le moteur puisait parfois de l’huile dans le carter pour l’utiliser comme carburant, se privant de lubrification.

Ce sont ces inconvénients, aggravés par les améliorations de la métallurgie et de l’usinage, qui ont conduit à la disparition du moteur à bulbe chaud.

Ça passe ou ça casse

Le calage de l’allumage dans les moteurs à bulbe chaud est une affaire aléatoire, d’où la nécessité d’un volant d’inertie robuste. Le calage était généralement déterminé par la température et la charge du moteur.

Avant 1910, le carburant était injecté dans l’évaporateur au début de la course d’admission. Cela a conduit à un démarrage de la combustion désynchronisé avec l’angle du vilebrequin. Ceci, à son tour, signifiait que le moteur ne fonctionnerait correctement qu’à un seul ensemble de révolutions ou sous un seul type de charge. L’augmentation de la charge ou du régime (les moteurs fonctionnaient mieux entre 50 et 300 tr/min) augmenterait la température de la lampe et raccourcirait le temps d’allumage. Cela a conduit à un pré-allumage et à des tirs manqués. De nombreux moteurs utilisaient une goutte d’eau pour refroidir l’évaporateur et empêcher certains des pires pré-allumages.

Après 1910, la technologie des moteurs s’est améliorée et a commencé à intégrer l’injection de carburant sous pression, le pompage et la distribution de précision. Le timing s’est amélioré et les moteurs sont devenus plus fiables et aussi un peu plus variables.

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Faire partie de l’histoire

Un moteur à bulbe chaud 2 cylindres de 70 ch construit par WH Allen & Sons en 1923. Le moteur est exposé au Internal Fire Museum of Power, Tangygroes, Pays de Galles, Royaume-Uni.

Au début du 20e siècle, la plupart des problèmes liés à l’usinage de moteurs à essence et diesel efficaces et puissants avaient été résolus. Les ingénieurs ont également résolu les problèmes liés à l’allumage par étincelle, à l’allumage par compression, au calage et au contrôle de la vitesse et de la puissance du moteur. Il y avait aussi une accessibilité croissante à un carburant plus raffiné et donc plus efficace. Tous ces facteurs ont conduit à la mort lente des moteurs à bulbe chaud.

Considérez la puissance derrière un moteur à bulbe chaud. Bien qu’ils aient été construits assez gros pour générer 60 chevaux, leur taux de compression est resté faible, environ 5 à 1. Même un moteur diesel brut pouvait générer un taux de compression d’environ 15 à 1. Cela signifiait plus de puissance et plus de couple, le tout dans un ensemble plus petit et plus pratique.

Les moteurs à bulbe chaud ont été utilisés en Scandinavie jusque dans les années 1930 et sont encore, bien que rarement, vus sur les bateaux fluviaux en Angleterre. Pour la plupart, cependant, les moteurs à bulbe chaud sont maintenant plus des curiosités que des outils utiles.

“C’était une excellente ressource pour son époque et son lieu”, a déclaré Foster, tandis que l’ajout de moteurs à bulbe chaud ne pouvait tout simplement pas suivre les changements technologiques. “Je pense qu’on pourrait dire que c’était le chaînon manquant entre les premiers vélos et les vélos modernes”, a-t-il déclaré.

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Plus de bons liens

  • Forum des tracteurs anciens
  • Musée de l’énergie Coolspring
  • La société des moteurs historiques
  • Le club de moto stationnaire de Suède

sources

  • Foster, Preston. Conservateur des collections, Coolspring Power Museum. Entretien personnel le 2 mars 2011.
  • McArthur, Mike; “Restauration Meitz et Weiss.” Collecteur de ferme. Janvier/février 1987. (28 février 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/Mietz-and-Weiss-Restoration.aspx
  • Séber, Harold. Outilleur retraité et restaurateur de motos anciennes. Entretien personnel le 3 mars 2011.
  • Taubeneck, Walter A. “Diesel et autres moteurs à combustion interne.” Collecteur de ferme. Septembre/octobre 1996. (28 février 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/Diesel-and-Other-Internal-Combustion-Engines.aspx
  • Wilcox, John. “Le moteur à huile à évaporation Hornsby-Akroyd.” Collecteur de ferme. Septembre/octobre 1967. (28 février 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/hornsby-akroyd-vaporizing-oil-engine.aspx