Moteur Brayton

Ready Motor

moteur Brayton (1875)

Autres noms	Moteur à pistons alternatifs
Années de production	1872

Caractéristiques techniques
Angle des cylindres	0
Alésage	203,2 mm^{[note 1]}
Refroidissement	air
Combustible	gaz, pétrole lampant
Allumage	flamme permanente

Performances
Puissance max.	2970 W
Taux de compression	6,15 à 7,5
Consommation	2 640 L/kWh

George Brayton, inventeur du « moteur Ready. »

Un moteur Brayton, appelé commercialement Ready Motor, est un moteur à explosion exploitant le principe du cycle de Brayton, du nom de son inventeur George Brayton. Les moteurs Brayton exploitent un système bielle-manivelle à volant d'inertie et comportent au moins deux cylindres : une chambre de combustion et un vase de détente des gaz d'échappement.

Historique[modifier | modifier le code]

Brayton breveta son moteur en 1872^[1]. À l'origine, le moteur Brayton est un moteur à gaz ; son rendement est supérieur à celui du moteur Hugon, mais moins bon que celui d'un moteur Otto classique^[2]. En 1874 Brayton dépose un brevet pour un mécanisme d'admission qui lui permet d'utiliser des carburants liquides comme le pétrole brut ou le pétrole lampant^[3]. En 1876, il commercialise son moteur, et en 1878 le présente lors de l’Exposition universelle de 1878 à Paris. De par son rendement médiocre, le moteur Brayton n'a pas joué un grand rôle dans l'industrie américaine naissante ; seule l’admission du carburant connut une certaine postérité, et cela grâce au moteur Diesel, puisque faute d'un mécanisme d'injection convenable, Rudolf Diesel dut se rabattre sur l'admission à la Brayton, mais avec des pressions nettement plus élevées^[4].

Brevet US125166, moteur à gaz monocylindre
Vue en coupe

US151468, moteur monocylindre carburant liquide
Vue en coupe

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Un moteur Brayton comporte un cylindre d'expansion et un cylindre de compression ainsi qu'un mélangeur séparés. Les cylindres sont de même alésage, mais le piston voit sa section doublée dans le cylindre d'expansion. Si le moteur Brayton présente les quatre temps moteur d'un moteur à explosion classique : admission, compression, allumage et détente, deux de ces temps moteurs se confondent par construction ; raison pour laquelle on range parfois le moteur Brayton parmi les moteurs à deux-temps. Comme dans les moteurs à explosion modernes, les pistons sont à simple effet. L'allumage du moteur Brayton est externe et possède un refroidissement à air : chaque cylindre est muni d'une soupape d'admission et d'une soupape d'échappement de forme tronconique (soupape champignon), actionnées par cliquet^[5].

La détente dans le cylindre d'expansion actionne simultanément le pompage de carburant et d'air dans le cylindre d'admission, et les deux fluides sont comprimés dans un mélangeur. La surpression dans ce mélangeur atteint 515–653 kPa (5,15-6,53 bars). Le mélange est ensuite allumé dans le vase d'expansion et les gaz brûlés sont mis en communication avec l'extérieur jusqu'à atteindre la pression atmosphérique (phase d'échappement^[2]).

L'allumage du moteur Brayton repose sur une flamme en veilleuse. La nourrice d'admission est doublée d'un circuit d'allumage : une bifurcation comportant une platine de zinc percée, obturable par un volet métallique. C'est par ce circuit que le mélange est injecté dans le vase d'expansion. Pour démarrer le moteur, on tire sur la bonde obturant le volet métallique ce qui provoque l'ignition du mélange. La flamme est bien en amont du cylindre d'expansion afin d'assurer une alimentation continue en mélange. À l'ouverture de la soupape d'admission, tout le reste du mélange (carburant et air) se déverse dans le cylindre d'expansion et s'enflamme au contact du gaz igné^[6]. Le volet métallique du circuit d'allumage est alors refermé, empêchant que la flamme se propage vers l'amont du circuit^[7].

Pour éviter une usure prématurée du moteur, Brayton adapta son circuit en ajoutant à la nourrice une pompe distincte pour injecter le pétrole dans le circuit d'allumage. Ce n'est qu'alors qu'il est mélangé à de l'air et comprimé : ce découplage s'accompagne d'une compression du volet, qui a pour effet de pulvériser le pétrole, qui est injecté sous forme de gouttelettes dans le cylindre d'expansion où il explose. L'inconvénient de ce procédé est l'encrassement prompt du cylindre, qui devait être fréquemment décapé^[8].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Le moteur Brayton de l'atelier de Clerk^[5].

Unité	Impériale	Métrique
Alésage du piston	8 in	203,2 mm
Vitesse moyenne du piston	180 ft/min	91,5 cm/s
Pression efficace	33 lbf/in²	227,5 kPa
Puissance brute estimée	5 bhp gross	3 730 W
Puissance brute effective	8,62 bhp gross	6 430 W
Puissance efficace	3,986 bhp	2 970 W
Consommation	69,3 ft³/bhp h^[9]	2,64 m³/kWh
Source, sauf précision contraire	selon Pr. Thurston, 1873^[10]^,^[9]

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Moteur Brayton, sur Wikimedia Commons

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Colin R. Ferguson et Allan T. Kirkpatrick, Internal Combustion Engines: Applied Thermosciences, John Wiley & Sons, 2015 (réimpr. 3e) (ISBN 978-1-118-53331-4), p. 4
Hellmut Droscha et MAN Nutzfahrzeuge AG (dir.), Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus, Berlin/Heidelberg, Springer, 1991 (ISBN 978-3-642-93490-2), p. 417

Notes et références[modifier | modifier le code]

(de) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en allemand intitulé « Braytonmotor » (voir la liste des auteurs).

Références[modifier | modifier le code]

↑ D'après « Brevet US125166 », sur Patents Google
↑ ^{a et b} D'après Dugald Clerk, The Gas, Petrol and Oil engine, vol. 1, Londres, Longmans, Green & Co, 1910 (réimpr. 2, augm. et rév.), p. 20–29
↑ D'après « Brevet US151468-A », sur Patents Google
↑ D'après Friedrich Sass, Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Berlin/Heidelberg, Springer,, 1962 (ISBN 978-3-662-11843-6), p. 413–415
↑ ^{a et b} Dugald Clerk, op. cit., p. 21
↑ Dugald Clerk, op. cit., p. 22
↑ Dugald Clerk, op. cit., p. 23
↑ Dugald Clerk, op. cit., p. 24
↑ ^{a et b} Dugald Clerk, op. cit., p. 25
↑ Dugald Clerk, op. cit., p. 26

Notes[modifier | modifier le code]

↑ Clerk précise la section du piston : 50,26 in². Celui-ci étant de section circulaire, l'alésage (en pouces) est donné par $2\cdot ({\sqrt {\frac {50,26}{\pi }}})$

[2] D'après « Brevet US125166 », sur Patents Google

[C20-3] {a et b} D'après Dugald Clerk, The Gas, Petrol and Oil engine, vol. 1, Londres, Longmans, Green & Co, 1910 (réimpr. 2, augm. et rév.), p. 20–29

[4] D'après « Brevet US151468-A », sur Patents Google

[S415-5] D'après Friedrich Sass, Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Berlin/Heidelberg, Springer,, 1962 (ISBN 978-3-662-11843-6), p. 413–415

[C21-6] {a et b} Dugald Clerk, op. cit., p. 21

[C22-7] Dugald Clerk, op. cit., p. 22

[C23-8] Dugald Clerk, op. cit., p. 23

[C24-9] Dugald Clerk, op. cit., p. 24

[C25-10] {a et b} Dugald Clerk, op. cit., p. 25

[C26-11] Dugald Clerk, op. cit., p. 26

[1] Clerk précise la section du piston : 50,26 in². Celui-ci étant de section circulaire, l'alésage (en pouces) est donné par $2\cdot ({\sqrt {\frac {50,26}{\pi }}})$

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