Comment fonctionne le moteur à vide ?

Qu'est-ce qu'un moteur à vide ?

Un moteur à vide (également appelé moteur lécheur de flammes, moteur à flammes, moteur mangeur de flammes, moteur danseur de flammes) tire sa puissance de la pression de l'air exercée sur un côté du piston, tandis que l'autre côté est en dépression. Au début d'une course sortante, une soupape dans la culasse s'ouvre et laisse passer une charge de gaz et d'air en combustion. Cette charge, emprisonnée par la fermeture de la soupape, se dilate. Vers la fin de la course, cette charge entre en contact avec une partie du cylindre refroidie par eau ou par air et se refroidit, provoquant une chute de pression soudaine suffisante pour ramener le piston, ouvert vers la manivelle, vers l'arrière lors de la course de retour. La soupape se rouvre juste à temps pour que le piston puisse expulser les gaz brûlés avant le début de la course sortante suivante.

Comment fonctionne le moteur à vide ?

Dans un moteur à vide, le vide partiel est créé par une pompe externe. Ces moteurs étaient couramment utilisés pour alimenter les plaques tournantes ferroviaires au Royaume-Uni, grâce au vide créé par l'éjecteur de frein à vide des locomotives à vapeur. Le principe de fonctionnement est similaire à celui d'une machine à vapeur : dans les deux cas, la puissance est extraite d'une différence de pression.

Contrairement au moteur à cycle Otto idéal, le moteur à vide repose sur une source de chaleur constante fournie par la combustion du carburant. Comme mentionné précédemment, une soupape permet l'admission de chaleur dans la chambre du piston. Si la chaleur dans ou Qin est constante dans le volume contrôlé, l'équation des gaz parfaits PV = nRT implique une augmentation de la pression dans la chambre du piston. Après la fermeture de la soupape, le piston subit un processus adiabatique pendant sa course descendante. Une fois le piston en fin de course, la chambre est refroidie par l'air ambiant ou par l'eau, et la pression Qout qui en résulte force la pression dans le piston à diminuer. Le système subit alors une nouvelle compression adiabatique du gaz dans la chambre, qui est ensuite relâchée par la soupape en haut de la course du cylindre, tout en permettant à de nouveaux gaz chauffés d'entrer dans la chambre.

L'un des principaux problèmes rencontrés lors du développement de ce moteur résidait dans son rendement extrêmement faible en applications réelles. La source de chaleur n'étant pas confinée à une zone spécifique, seule une faible partie du carburant potentiel est consommée pour alimenter le moteur. Le rendement du moteur étant défini par le rapport entre la quantité de travail effectuée et l'énergie potentielle du carburant consommé, on constate que, dans le moteur à vide , seule une faible quantité du carburant brûlé est utilisée pour alimenter le moteur. Le reste de l'énergie du carburant est perdu dans l'atmosphère.

Un système à vide peut être utilisé pour la transmission de puissance, bien que la puissance maximale transmissible à un moteur à vide soit inférieure à celle d'un système pneumatique conventionnel. Il existe une pression optimale pour le fonctionnement d'un système de transmission de puissance à vide, d'environ 0,4 bar (8 psig), comme le montre également Downie. Bien que moins efficace que le pneumatique, ce système peut être parfaitement utilisable. Par exemple, un tuyau de 22 mm (7/8") sous vide peut transmettre autant de puissance à 0,4 bar (8 psig) qu'un tuyau de 6 mm (1/4") sous 8 bar (100 psig). Le système est si efficace que Boulton et Watt ont utilisé la transmission de puissance par vide dans leur usine. Ils ont appelé la conduite de vide de l'usine « tuyau à vide ».

Résumé

Le moteur à vide est un moteur atmosphérique, car c'est la pression de l'air extérieur qui effectue le travail (comparable au premier moteur à essence). Par conséquent, la force maximale du piston est limitée au produit de la surface du piston et de la pression de l'air.

Plus précisément, il s'agit d'un moteur à vide, communément appelé cracheur de flammes. Il fait partie des moteurs à air chaud, mais contrairement au moteur Stirling, il s'agit d'un système ouvert.

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