moteur uniflow à bille tricylindre de 1 cm3

Bonjour,

Une nouvelle utilisation du système uniflow à bille (s) avec cette fois un tricylindre.

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Première version sans de réels réglages, surtout celui de l'échappement très insuffiant.
Mais, ça tourne ...

Un truc remis en question : un démarrage lors de l'ouverture de la vanne qui s'est produit à plusieurs reprises ... Qui sait, une fois correctement réglé .... Mais si cela se produit, il faudra trouver un autre truc pour le faire partir dans le sens désiré !

De mieux en mieux !

Bonsoir,
Pas vraiment mais surprise en le voyant tourner sans vraiment avoir peaufiné les réglages. A noter qu'il tourne mieux en position verticale.

Bonsoir,

Petites expériences terminées :

Le fonctionnement semble effectivement bien meilleur en position verticale.
Mais saurait-on pour quelle raison?

Bonjour,
Il y en a une toute simple (du moins c'est ce que je pense) : ici la bille a un diamètre de 4 et se "déplace" dans un alésage de 4.5 alors que du 4,1 ou 4,2 assurerait un bon guidage (pas de fraise de ce diamètre dans mon outillage !). Lorsque le moteur est vertical le phénomène doit avoir moins d'importance.
Lorsque le moteur est à l'horizontale, la bille doit avoir tendance à se positionner vers le bas même si sa masse est réduite avant de venir assurer la fermeture.
Je pense à une autre expérience avec une bille de 3 et un montage différent permettant un perçage à 3.1 ... Si cela se montre plus positif, il sera alors possible d'envisager un moteur en étoile.
Je pourrai bien entendu reprendre une bille de 4, mais autant varier les essais.

Bonjour Jacques,
Tu as certainement raison.
La gravité est toujours la; même avec une toute petite bille.

Hello,
L'explication est simple concernant le meilleur fonctionnement en position verticale : La bille qui fait office de clapet retombe plus facilement sur son siège du simple fait de la gravité. C'est le même problème avec les pompes à clapet à bille. On peut améliorer le fonctionnement en position horizontale en rappelant la bille sur son siège à l'aide d'un ressort. Ceci devrait d'ailleurs permettre au moteur de tourner plus vite.

Quand on fait le bilan entre le travail positif et le travail négatif de la vapeur (travail positif = travail de la vapeur depuis PMH puis détente de celle-ci après fermeture du clapet, jusqu'au PMB, travail négatif = compression de la vapeur depuis PMB jusqu'à ouverture du clapet, puis admission avant PMH), on s'aperçoit que le moteur ne peut tourner que uniquement parce que la détente est incomplète au moment de l'échappement.

Exemple : Le moteur marche avec une pression chaudière de 2 bars.
L'admission vapeur avant PMH est égale à l'admission vapeur après PMH donc travail négatif = travail positif, bilan = 0 travail. A la fermeture du clapet la vapeur se détend MAIS NE DESCEND PAS JUSQU'A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE tant que le piston ne découvre pas la lumière d'échappement. Au moment de l'échappement on suppose qu'il reste encore 0,5 bar dans le cylindre.
Le piston remonte en comprimant de la vapeur mais la pression atteinte avant que le clapet ne s'ouvre ne va pas dépasser, admettons, 1 bar.
On voit tout de suite que le travail positif de la vapeur de 2 bars à 0,5 bars est plus important que le travail négatif de compression de 0 à 1 bar.
C'est cette petite différence qui va permettre le fonctionnement du moteur. Le volant joue un rôle primordial en emmagasinant l'énergie pendant la phase descendante du piston et en la restituant lors de la phase ascendante.

On peut en tirer les conclusions suivantes pour améliorer les performances de ce moteur :
On ne veut surtout pas une détente complète de la vapeur : Il faut donc marcher avec une forte pression vapeur (5 bars serait pas mal), limiter la course du piston en concevant un moteur super carré (alésage supérieur à la course).
Le moteur doit tourner vite pour compenser son manque de couple : il faut un ressort de rappel sur la bille/clapet et le volant ne doit pas avoir un grand diamètre mais doit avoir toutefois une masse suffisante pour assurer le cycle complet.

Bonjour Jacques,
Le fonctionnement de ton petit moteur uniflow m'a quelque peu intrigué et j'ai essayé d'y voir plus clair en faisant une épure circulaire basée sur les cotes de ta machine. Pression de fonctionnement 2,5 bars.
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D'après le dessin de ta machine on retrouve : la course du piston = 12mm, la levée de la bille = 1mm, hauteur de la lumière d'échappement = 2mm, espace mort au moment où le têton touche la bille 1mm + 0,7mm = 1,7mm
On déduit de ce schéma que la course de détente BC (en jaune) = la course de compression (en vert) = 9mm
Le rapport de compression est donc : 9:1,7 = 5,3

J'ai été très surpris de voir que la pression en fin de compression, arriverait vers les 5 bars si la bille était bloquée. Dans les faits la bille se soulève dès que la pression atteint les 2,5 bars de la chaudière. Autrement dit, (sur un plan purement théorique) le piston refoule la vapeur vers la chaudière quand il arrive à mi-course. En réalité il y a des fuites entre piston et chemise et ces 2,5 b sont établis bien après la mi-course mais malgré tout, bien avant que la bille ne se soulève sous l'action du piston.

D'un autre côté, la détente de B à C tombe à la pression atmosphérique également vers la mi-course et donc le cylindre est sous vide jusqu'au point C.
De toute évidence dans ces conditions le moteur ne devrait pas pouvoir marcher (toujours sur le plan théorique).
Toujours sur le plan théorique, pour que le moteur marche, il faudrait que la pression chaudière soit supérieure à la pression en fin de compression, soit 5 bars.

Une autre piste consisterait à augmenter l'espace mort pour modifier le rapport de compression. En faisant passer l'espace mort à 3,5mm au lieu de 1,7mm, la pression de compression au point F serait d'environ 3 bars. Il faudrait donc reprendre 2,5 - 0,7 = 1,8mm sur la tête de piston mais sans toucher au téton pour garder la même régulation. Avec une pression de 4 bars je pense que ton moteur marcherait du feu de dieu.

J'ai oublié de préciser que l'épure circulaire se lit dans le sens des aiguilles d'une montre.

Bonjour et merci pour l'intérêt que tu montres pour ce truc qui manque de documentation.
Ce que j'ai réuni jusqu'à maintenant donne des idées parfois très contradictoires dont la plus courante est que ça ne peut pas fonctionner ... Et pourtant, les 3 "moteurs" tournant et à des pressions très basses pour lesquelles on peut, normal, objecter que le travail fourni est nul.
J'ai appliqué une idée pour un autre essai dont voici la vidéo et là, il y a vraiment du travail :

Pour parler de l'échappement, j'ai aussi comparé avec d'autres "uniflow" mais à clapet et ce n'est probablement pas la même chose.
Je vais imprimer tes deux réponses et essayer d'y voir plus clair.

Bonsoir Jean-Pierre,
J'ai enfin un peu de temps pour répondre à tes développements dont je te remercie encore.
Grâce à toi, je vais finir par comprendre et ton croquis est parfaitement explicite.
Pour le ressort, je comprends mais qui sait, avec cet alésage de 4.1 pour une bille de 4 ... Et puis, pas facile de trouver le "bon" ressort.
Pour le volant, cela se discute : pour ce dernier moteur, le volant de 32 mm et de 83,5 g de masse ne suffisait pas, par contre celui de 64 mm ne faisant que 68,3 g était parfait.
Sur un forum anglais qui parle de ce moteur, j'ai lu que ce moteur ne fonctionnait pas si la pression était trop basse ou trop élevée ...
Par contre, une idée me séduit, celle qui consiste à augmenter l'espace mort (une idée que m'avait donné mon ami Michel qui m'a entraîné dans cette aventure). Je n'y ai pas songé en regardant les moteurs uniflow mais à came dont cet espace est le plus réduit possible ... Sur le moteur que je construisais et qui prenait tout mon temps, comme rien n'est soudé, je peux changer le cylindre pour l'augmenter en modifiant bien entendu la position de l'échappement. A noter que la position et l'ouverture de cet échappement est importante. A voir avec ce nouveau moteur qui n'a pas sa place dans ce sujet :

Une première expérimentation dans l'espoir d'un moteur en étoile ...



avec ce premier cylindre, 0,35 cm3. Mais impossible de le pencher pour voir ...

Bonsoir Jean-Pierre,

J'ai voulu essayer d'augmenter l'espace mort pour le dernier-né présenté ci-dessus et qui tournait plus ou moins bien.
Comme tout est encore démontable, un peu de téflon et l'espace mort est augmenté de 0.5 mm :

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Un essai et c'est super, la cote de 23 est passée à 23.5.
Démontage et je passe le téton à 2.5 au lieu de 2.7. Les 0.3 seront obtenus par un peu moins de téflon ce qui donnera d'ailleurs un peu d'étanchéité.

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Nouvel essai toujours aussi bon et je peux même monter à 4 bars, pas facile à arrêter le petit monstre.
J'ai encore un essai à effectuer mais quand ce sera soudé. Dans le document trouvé par mon ami Michel, il est noté que la levée de la soupape ne doit pas être supérieure à 0,8 (et même descendre à 0,4 avec de la vapeur sèche).

J'ai essayé de représenter le croquis de cette distribution en espérant ne pas avoir commis d'erreur.
Le rapport de compression est très inférieur mais la course est de 7 au lieu de 12 (piston de 8 de diamètre, donc plus que carré).

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Concernant le rapport de compression,  peut-on se fixer un rapport à ne pas dépasser ?

Et pour l'échappement, peut-on se contenter d'un seul trou ou, comme j'ai pu le constater, une fente est-elle préférable mais donne une surface plus importante ?

J'espère ne pas trop t'ennuyer mais tes premiers conseils ont été précieux.

Bonjour Jacques,
Tout d'abord tu ne m'ennuies pas du tout et au contraire, tes recherches et tes expériences m'intéressent au plus haut point. Pour répondre à ta question concernant la valeur du taux de compression : La pression en fin de compression correspond à peu de choses près au taux de compression (taux de compression = 4, pression au mano = environ 4 bars). Je pense que la valeur optimale de la pression en fin de compression au point "F" doit correspondre à peu de choses près à la pression chaudière.
Si la pression théorique en fin de compression est supérieure à la pression chaudière, le piston va refouler le surplus de pression vers la chaudière avec un travail négatif à la clef.
Si la pression théorique en fin de compression est inférieure à la pression chaudière, la vapeur va remplir l'espace mort à grande vitesse. L'énergie cinétique ainsi acquise par cette vapeur va remplir exagérément le cylindre ce qui va le freiner avant passage du piston au PMH.

Autre sujet : les sections de passage de la vapeur
Pour rappel, la levée d'un clapet doit être égal à 1/4 du diamètre du trou de passage, pour garder la même section de passage. Pour une bille de 4 de diamètre, tu prévoies un passage de 3 mm de diamètre. Si l'on fait abstraction du téton de piston, on a : Sp (section de passage) = R(RxPi) = Sl (section de la levée) =2(RxPi)xh, en simplifiant on obtient R = 2h, soit h (hauteur de la levée) = R/2 = D/4.
Avec un passage de 3 mm de diamètre, la levée de la bille devrait être de 3mm/4 = 0,75 mm de levée et non pas 1 mm. Cette levée de 0,75 devrait même être moins grande si l'on tient compte de la place occupée par le téton dans ce passage (je n'ai pas trouvé la valeur du diamètre du téton).
En limitant la levée de la bille à sa juste valeur, cela permettrait de diminuer l'angle FAB et d'augmenter l'angle BC qui est le seul angle "moteur" du cycle

Une autre piste pour augmenter l'angle BC serait de diminuer la hauteur de la lumière d'échappement qui est actuellement de 2 mm et augmenter la largeur de cette lumière ou multiplier le nombre de trous pour garder une section suffisante. Le volume de la vapeur à la pression atmosphérique étant 4 fois plus important que la vapeur à la pression de 4 bars, il faudrait que la surface de la section d'échappement soit 4 fois plus importante que la section d'admission.

Enfin pour finir : Diminuer le diamètre du logement de la bille (4,1 ou 4,2) permet un meilleur guidage de celle-ci. En contrepartie cela diminue considérablement la section de passage de la vapeur. Il faudrait rainurer ce logement pour assurer un meilleur guidage ET garder une section de passage suffisante pour la vapeur.

Bonsoir Jean-Pierre,

Merci pour ton message qui me fait progresser.

Pour le taux de compression je pense avoir finalement compris. Cela me rappelle une vidéo où je notais qu'à 0 bar, le moteur continuait à tourner ... tout au moins un moment. J'avais alors omis de signaler qu'il s'agissait de 0 bar au mano.

La section de passage de la vapeur se fait bien dans un trou de 3 mm et le téton est une tige filetée M2. Avant de t'écrire, j'ai effectué un autre essai : remplacement de cette tige M2 par une vis dont la tête a été ramenée au diamètre 2.5 (vis de 3 sur plats). Et là, avec le même réglage, c'est le délire .. . Difficile à arrêter le petit alors que les fuites doivent s'accumuler.
Je parle évidemment du dernier né. Sur le tri-cylindre il était déjà difficile de faire entrer la tige de 2 pour lever la bille ... Ici facile tout se faisant au tour.

Pour la lumière d'échappement je suis tout à fait d'accord. C'est d'ailleurs ce qu'écrivait un lecteur de Passion usinage qui parlait de faire des lumières larges et peu hautes plutôt que hautes et étroites. J'avais fait l'essai avec le tri-cylindre et c'était concluant. Il y a également la possibilité de remplacer cette rainure par des petits trous autour du cylindre (je ne retrouve plus ce croquis trouvé sur internet).

Pour la bille de 4, elle est bien dans un perçage de 4.1, finition à la fraise de 4 pour le siège, mais 2 rainures ont été percés préalablement sur le côté (trous de diamètre 1.6 sur diamètre de 4 comme on peut le voir sur la dernière vidéo).

J'ai l'impression que ce petit truc va encore m'occuper un moment