Un moteur aléatoire est un type de moteur à combustion interne à quatre temps qui est contrôlé par un régulateur pour fonctionner à une vitesse définie. Il a été conçu à la fin du XIXe siècle et produit par diverses entreprises des années 1890 aux années 1940 environ. Le nom vient du contrôle de la vitesse de ces moteurs : ils s'allument ("hit") uniquement lorsqu'ils fonctionnent à ou en dessous d'une vitesse définie, et cyclent sans s'allumer ("miss") lorsqu'ils dépassent leur vitesse définie. Ceci est comparé à la méthode de contrôle de la vitesse «régulée par l'accélérateur». Le son émis lorsque le moteur tourne sans charge est un "POP whoosh whoosh whoosh whoosh POP" distinctif lorsque le moteur s'allume puis ralentit jusqu'à ce que la vitesse diminue et qu'il se déclenche à nouveau pour maintenir sa vitesse moyenne.
De nombreux fabricants de moteurs ont fabriqué des moteurs aléatoires au cours de leur utilisation maximale, d'environ 1910 au début des années 1930, lorsque des conceptions plus modernes ont commencé à les remplacer. Certains des plus grands fabricants de moteurs étaient Stover, Hercules, International Harvester (McCormick Deering), John Deere et Fairbanks Morse.
Construction
Il s'agit d'un montage vidéo des moteurs Otto fonctionnant à la Western Minnesota Steam Threshers Reunion (WMSTR), à Rollag, Minnesota. C'est un type de moteur aléatoire. (2min 16sec, 320x240, 340kbit/s vidéo)
Un moteur aléatoire est un type de moteur à volant. Un moteur à volant est un moteur doté d'un grand volant ou d'un ensemble de volants reliés au vilebrequin. Les volants d'inertie maintiennent le régime moteur pendant les cycles moteur qui ne produisent pas d'efforts mécaniques moteurs. Les volants d'inertie stockent de l'énergie sur la course de combustion et fournissent l'énergie stockée à la charge mécanique sur les trois autres courses du piston. Lorsque ces moteurs ont été conçus, la technologie était moins avancée et les constructeurs fabriquaient toutes les pièces de façon très volumineuse. Un moteur typique de 6 chevaux (4,5 kW) pèse environ 1000 livres (454 kg). En règle générale, le matériau de toutes les pièces importantes du moteur était la fonte. Les petites pièces fonctionnelles étaient en acier et usinées selon les tolérances.
Le système de carburant d'un moteur aléatoire se compose d'un réservoir de carburant, d'une conduite de carburant, d'un clapet anti-retour et d'un mélangeur de carburant. Le réservoir de carburant contient généralement de l'essence, mais de nombreux utilisateurs ont démarré les moteurs avec de l'essence, puis sont passés à un carburant moins cher, comme le kérosène ou le diesel. La conduite de carburant relie le réservoir de carburant au mélangeur. Le long de la conduite de carburant, un clapet anti-retour empêche le carburant de refluer vers le réservoir entre les courses de combustion. Le mélangeur crée le bon mélange carburant-air au moyen d'une soupape à pointeau fixée à un piston lesté ou à ressort, généralement en conjonction avec un amortisseur à huile.
Le fonctionnement du mélangeur est simple, il ne contient qu'une seule pièce mobile, à savoir la soupape à pointeau. Bien qu'il y ait des exceptions, un mélangeur ne stocke pas de carburant dans un bol d'aucune sorte. Le carburant est simplement acheminé vers le mélangeur, où, en raison de l'effet du principe de Bernoulli, il est auto-dosé dans le venturi créé sous le piston lesté par l'action de la soupape à pointeau attachée, la méthode utilisée à ce jour dans le carburateur SU.
Les étincelles pour enflammer le mélange de carburant sont créées soit par une bougie d'allumage, soit par un dispositif appelé allumeur. Lorsqu'une bougie d'allumage est utilisée, l'étincelle était générée soit par une magnéto, soit par une bobine tremblante (ou «buzz»). Une bobine de bourdonnement utilise l'énergie de la batterie pour générer une série continue d'impulsions haute tension qui sont transmises à la bougie d'allumage. Pour l'allumage de l'allumeur, soit une batterie et une bobine sont utilisées, soit une magnéto "basse tension" est utilisée. Avec l'allumage par batterie et bobine, une batterie est câblée en série avec une bobine de fil et les contacts de l'allumeur. Lorsque les contacts de l'allumeur sont fermés (les contacts résident à l'intérieur de la chambre de combustion), l'électricité circule dans le circuit. Lorsque les contacts sont ouverts par le mécanisme de synchronisation, une étincelle est générée à travers les contacts, ce qui enflamme le mélange. Lorsqu'une magnéto basse tension (vraiment un générateur de courant élevé basse tension) est utilisée, la sortie de la magnéto est envoyée directement aux points d'allumage et l'étincelle est générée comme avec une batterie et une bobine.
À l'exception de très gros exemplaires, la lubrification était presque toujours manuelle. Les roulements principaux du vilebrequin et le roulement de la bielle sur le vilebrequin ont généralement un godet à graisse - un petit récipient (gobelet) rempli de graisse et un couvercle vissé.
Un huileur de moteur typique.
C'est un fait par Lunkenheimer
Lorsque le couvercle est vissé plus fermement, la graisse est expulsée du fond de la coupelle et dans le roulement. Certains premiers moteurs n'ont qu'un trou dans le chapeau de moulage du roulement où un opérateur gicle de l'huile de lubrification pendant que le moteur tourne. Le piston est lubrifié par un graisseur goutte à goutte qui alimente en continu des gouttes d'huile sur le piston. L'excès d'huile du piston s'écoule du cylindre sur le moteur et éventuellement sur le sol. Le graisseur goutte à goutte peut être réglé pour s'égoutter plus rapidement ou plus lentement en fonction du besoin de lubrification, dicté par la force de travail du moteur. Le reste des composants mobiles du moteur étaient tous lubrifiés par de l'huile que l'opérateur du moteur devait appliquer périodiquement pendant que le moteur tournait.
Pratiquement tous les moteurs aléatoires sont du style "à manivelle ouverte", c'est-à-dire qu'il n'y a pas de carter fermé. Le vilebrequin, la bielle, l'arbre à cames, les engrenages, le régulateur, etc. sont tous complètement exposés et peuvent être vus en fonctionnement lorsque le moteur tourne. Cela crée un environnement désordonné car de l'huile et parfois de la graisse sont projetées du moteur ainsi que de l'huile qui coule sur le sol. Un autre inconvénient est que la saleté et la poussière peuvent pénétrer sur toutes les pièces mobiles du moteur, provoquant une usure excessive et des dysfonctionnements du moteur. Un nettoyage fréquent du moteur est donc nécessaire pour le maintenir en bon état de fonctionnement.
Le refroidissement de la majorité des moteurs aléatoires se fait par refroidissement de la trémie, avec de l'eau dans un réservoir ouvert. Il y avait une petite partie de petits moteurs à puissance fractionnaire qui étaient refroidis par air à l'aide d'un ventilateur incorporé. Le moteur refroidi par eau a un réservoir intégré (les gros moteurs n'ont généralement pas de réservoir et nécessitent une connexion à un grand réservoir externe pour l'eau de refroidissement via des raccords de tuyaux sur le cylindre). Le réservoir d'eau comprend la zone autour du cylindre ainsi que la culasse (la plupart des cas) et un réservoir monté ou coulé au-dessus du cylindre. Lorsque le moteur tourne, il chauffe l'eau. Le refroidissement est réalisé par la vapeur d'eau qui évacue la chaleur du moteur. Lorsqu'un moteur tourne sous charge pendant un certain temps, il est courant que l'eau du réservoir bout. Le remplacement de l'eau perdue est nécessaire de temps en temps. Un danger de la conception refroidie à l'eau est le gel par temps froid. De nombreux moteurs ont été détruits lorsqu'un opérateur oublieux a négligé de vidanger l'eau lorsque le moteur n'était pas utilisé, et l'eau a gelé et cassé les pièces du moteur en fonte. Cependant, New Holland a breveté un réservoir en forme de V, de sorte que la glace en expansion soit poussée vers le haut et dans un espace plus grand plutôt que de casser le réservoir. Les réparations de chemises d'eau sont courantes sur de nombreux moteurs qui existent encore.
Concevoir
Il s'agissait de moteurs simples par rapport à la conception de moteurs modernes. Cependant, ils intègrent des conceptions innovantes dans plusieurs domaines, souvent dans le but de contourner la contrefaçon de brevet pour un composant particulier. C'est notamment le cas du gouverneur. Les régulateurs sont centrifuges, à bras oscillant, à bras pivotant et bien d'autres. Le mécanisme de l'actionneur pour régir la vitesse varie également en fonction des brevets existants et du régulateur utilisé. Voir, par exemple, les brevets américains 543 157 de 1895 ou 980 658 de 1911. Cependant accompli, le régulateur n'a qu'un seul travail - contrôler la vitesse du moteur. Dans les moteurs modernes, la puissance de sortie est contrôlée en étranglant le débit d'air à travers l'admission au moyen d'une vanne papillon ; la seule exception à cela étant dans les moteurs diesel et les moteurs à essence Valvetronic.
Fonctionnement des moteurs aléatoires : la soupape d'admission des moteurs aléatoires n'a pas d'actionneur ; au lieu de cela, un ressort léger maintient la soupape d'admission fermée à moins qu'un vide dans le cylindre ne l'ouvre. Ce vide ne se produit que si la soupape d'échappement est fermée pendant la course descendante du piston. Lorsque le moteur aléatoire fonctionne au-dessus de sa vitesse de consigne, le régulateur maintient la soupape d'échappement ouverte, empêchant un vide dans le cylindre et faisant en sorte que la soupape d'admission reste fermée, interrompant ainsi le mécanisme de déclenchement du cycle Otto. Lorsque le moteur fonctionne à sa vitesse de consigne ou en dessous, le régulateur laisse la soupape d'échappement se fermer. Lors de la course descendante suivante, une dépression dans le cylindre ouvre la soupape d'admission et laisse entrer le mélange air-carburant. Ce mécanisme empêche la consommation de carburant pendant la course d'admission des cycles "manqués".
Usage
Une pompe à déchets Jaeger utilisée pour pomper de l'eau sale (poussière). Il est équipé d'un moteur Hercules 2½ CV (1,9 kW). Ceci est un exemple d'une fonction intégrée de moteurs aléatoires (c'est-à-dire non ceinturés)
Les moteurs aléatoires produisaient des puissances de 1 à environ 100 chevaux (0,75 à 75 kW). Ces moteurs tournent lentement, généralement de 250 tours par minute (tr/min) pour les moteurs de grande puissance à 600 tr/min pour les moteurs de petite puissance. Ils alimentaient des pompes pour la culture, des scies pour couper du bois, des générateurs pour l'électricité dans les zones rurales, du matériel agricole et de nombreuses autres applications fixes. Certains étaient montés sur des bétonnières. Ces moteurs faisaient également fonctionner certaines des premières machines à laver. Ils étaient un dispositif d'économie de main-d'œuvre dans les fermes et aidaient les agriculteurs à accomplir beaucoup plus qu'ils ne le pouvaient auparavant.
Le moteur était généralement attaché à l'appareil alimenté par une large courroie plate, généralement de 2 à 6 pouces (5 à 15 cm) de large. La courroie plate était entraînée par une poulie sur le moteur qui était fixée soit à un volant, soit au vilebrequin. La poulie a été spécialement conçue pour avoir une circonférence légèrement effilée du milieu à chaque bord (comme un pneu de voiture surgonflé) de sorte que le milieu de la poulie ait un diamètre légèrement plus grand. Cela a maintenu la courroie plate au centre de la poulie.
Histoire ultérieure
Dans les années 1930, les moteurs plus avancés sont devenus courants. Les moteurs à volant d'inertie étaient et restent extrêmement lourds pour la puissance produite et tournent à des vitesses très lentes. Les moteurs plus anciens nécessitaient beaucoup d'entretien et n'étaient pas facilement intégrés aux applications mobiles.
À la fin des années 1920, International Harvester avait déjà le moteur modèle M, qui était une version fermée d'un moteur à volant. Leur prochaine étape était le modèle LA, qui était un moteur totalement fermé (à l'exception du système de soupapes) avec autolubrification (huile dans le carter), allumage fiable de la bougie d'allumage, fonctionnement à vitesse plus rapide (jusqu'à environ 750-800 RPM) et surtout, léger par rapport aux générations précédentes. Alors que le modèle LA de 1½ HP (1,1 kW) pesait encore environ 150 livres (68 kg), il était beaucoup plus léger que le moteur du modèle M 1½ HP, qui se situe dans la plage de 300 à 350 livres (136 à 159 kg). Plus tard, un LA légèrement amélioré, le LB a été produit. Les modèles M, LA et LB sont commandés par l'accélérateur. Au fil du temps, de plus en plus de fabricants de moteurs sont passés au moteur à carter fermé. Des entreprises comme Briggs et Stratton produisaient également des moteurs légers refroidis par air dans la gamme de 1/2 à 2 CV (0,37 à 1,5 kW) et utilisaient des matériaux beaucoup plus légers. Ces moteurs fonctionnent également à des vitesses beaucoup plus élevées (jusqu'à environ 2 000 à 4 000 tr/min) et produisent donc plus de puissance pour une taille donnée que les moteurs à volant lent.
La plupart de la production de moteurs à volant a cessé dans les années 1940, mais les moteurs modernes de ce type restent utilisés pour les applications où la faible vitesse est souhaitable, principalement dans les applications de champs pétrolifères telles que les vérins de pompage. L'entretien est moins un problème avec les moteurs à volant d'inertie modernes que les plus anciens en raison de leurs carters fermés et de matériaux plus avancés.
Préservation
Des milliers de moteurs à volant d'inertie hors d'usage ont été mis au rebut dans les entraînements en fer et en acier de la Seconde Guerre mondiale, mais beaucoup ont survécu et ont été remis en état de marche par des passionnés. Cependant, ces dernières années, les moteurs avec peinture d'origine sont devenus plus désirables pour de nombreux collectionneurs que les moteurs repeints. De nombreux moteurs aléatoires préservés peuvent être vus en action lors de salons dédiés aux moteurs anciens (beaucoup ont aussi des tracteurs anciens) ainsi que dans la section des moteurs fixes des foires à vapeur et des rallyes de véhicules anciens.
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