Lorsque la vapeur était reine et que les moteurs à essence et diesel en étaient encore 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 essentielles à 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 avait donc une utilisation limitée. C'était mieux comme moteur stationnaire, bien qu'il y ait des tracteurs qui utilisaient la technologie pour se déplacer - bien que lentement. Le moteur était difficile à démarrer et difficile à maintenir.
Pourtant, malgré ces défis, les moteurs à bulbe chaud sont restés 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 peut même aider les ingénieurs à fabriquer un meilleur moteur moderne pour gérer une large gamme de carburants alternatifs.
Continuez à lire pour en savoir plus sur le fonctionnement des moteurs à bulbe chaud.
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Les moteurs à bulbe chaud partagent les mêmes composants de base que la grande majorité des autres moteurs à combustion interne. La détonation, ou combustion des gaz, pousse un piston logé à l'intérieur d'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) en énergie mécanique au niveau du volant. Le volant entraîne alors tout composant mécanique qui lui est attaché.
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, le bulbe chaud s'étend horizontalement à l'avant du moteur, généralement le plus proche du cylindre. La plupart des bulbes chauds ressemblaient à un champignon à repriser. L'ampoule contient une plaque de métal, presque comme une soucoupe de tasse à thé, qui chaufferait avec l'ampoule.
Une buse de carburant, généralement une petite soupape à orifice dosé, 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 le bulbe et le cylindre. Les gaz en expansion abattraient 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 60 degrés Fahrenheit (15,6 degrés Celsius) - l'ampoule 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 chalumeau dans les premiers jours et plus tard à travers la bobine et les bougies d'allumage, vaporise la première charge de carburant.
Un opérateur a fait tourner à la main le volant d'inertie du moteur, la partie la plus grosse et la plus lourde de l'ensemble (pesant souvent des centaines de livres, même sur les petits moteurs), jusqu'à ce que le processus de combustion démarre et que le moteur soit en marche.
Une fois le moteur en marche, la chaleur de combustion maintiendrait l'ampoule suffisamment chaude pour continuer à vaporiser le carburant, et le moteur serait en grande partie autonome. Cependant, si la charge du moteur diminuait ou s'il était utilisé dans un environnement très froid, l'ampoule aurait besoin d'un chauffage périodique, voire constant. Bien qu'apparemment simples et fiables, les moteurs à bulbe chaud pouvaient être capricieux et avaient leur juste part de bizarreries et de défis. La page suivante traitera de certains de ces traits.
Le premier moteur à bulbe chaudL'inventeur britannique Herbert Akroyd Stuart a lancé l'idée du moteur à bulbe chaud à la fin des années 1800. Les premiers prototypes ont été construits en 1886. L'idée a été reprise par les motoristes 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 chaude à deux temps avec Joseph Jour.
Au tournant du 20e siècle, les moteurs avaient atteint leur apogée et étaient produits par des centaines de fabricants. C'était aussi l'époque où la production d'électricité était en plein essor et les moteurs servaient à 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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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 de tronçons isolés d'oléoducs, qui offraient un approvisionnement immédiat en carburant non raffiné. Les machines étaient principalement stationnaires, bien qu'il y ait quelques tracteurs anciens qui utilisaient des moteurs à bulbe chaud pour la propulsion. En tant que source d'énergie fixe, les machines étaient idéales pour une utilisation industrielle, qu'il s'agisse de gérer un petit atelier ou une petite scierie, elles fournissaient une alimentation stable à un prix bon marché. Cependant, en raison de leur faible puissance de sortie par rapport à leur taille (un tracteur agricole avait 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 variété à deux temps, étaient également enclins à reculer, à devenir maîtrisés par le 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 des moteurs étaient relativement rudimentaires, les pièces pouvaient se casser facilement et il était difficile de trouver des pièces de rechange.
Sur les modèles à deux temps de fabrication américaine, le moteur récupérait occasionnellement l'huile du carter pour l'utiliser comme carburant, se privant de sa lubrification.
Ce sont ces inconvénients, aggravés par les améliorations de la métallurgie et de l'usinage, qui ont conduit à la chute du moteur à bulbe chaud.
Ça passe ou ça casseLe calage de l'allumage dans les moteurs à bulbe chaud est une affaire aléatoire, d'où la nécessité d'un volant d'inertie lourd. La synchronisation était généralement établie par la température et la charge du moteur.
Avant 1910, le carburant était injecté dans le vaporisateur au début de la course d'admission. Il en résultait que le début de la combustion n'était pas synchronisé 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 des révolutions (les moteurs fonctionnaient mieux entre 50 et 300 tr/min) augmenterait la température de l'ampoule et diminuerait le temps d'allumage. Cela a conduit à un pré-allumage et à des coups manqués. De nombreux moteurs utilisaient un goutte à goutte d'eau pour refroidir le vaporisateur et enrayer 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, des pompes et une livraison précise. Le timing s'est amélioré et les moteurs sont devenus plus fiables et un peu plus variables aussi.
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Au début du 20e siècle, la plupart des problèmes liés à l'usinage de moteurs à essence et diesel efficaces et puissants étaient résolus. Les ingénieurs ont également résolu les problèmes liés à l'allumage par étincelle, à l'allumage par compression, à la synchronisation et à la régulation 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 plus petit, paquet plus pratique.
Les moteurs à bulbe chaud ont été utilisés en Scandinavie jusque dans les années 1930 et sont encore visibles, bien que rarement, sur les bateaux fluviaux en Angleterre. Cependant, pour la plupart, les moteurs à bulbe chaud sont maintenant plus des curiosités que des outils utiles.
"C'était une excellente source pour son époque et son lieu", a déclaré Foster, ajoutant que les moteurs à bulbe chaud ne pouvaient tout simplement pas suivre le rythme des changements technologiques. "Je pense qu'on pourrait dire que c'était le chaînon manquant entre les premiers moteurs et les moteurs modernes", a-t-il déclaré.
