Moteur uniflow à bille avec excentrique

Une façon d'éviter un "départ" en période de totale compression ...

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Un nouveau projet né d'une idée de Michel SOULABAIL.

La suite découle de cette vidéo mais aussi du moteur qu'il m'a gentiment envoyé ! De quoi l'essayer et de voir combien cette idée est intéressante.

De quoi occuper en commençant d'abord par quelques recherches ...

recherches

comparaison du fonctionnement des 2 moteurs :

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moteur uniflow à bille classique

où le téton soulevant la bille fait partie du piston (avec ou sans ressort).

1 - problème : l'Admission va s'ouvrir alors que le piston est encore en position totale de compression
2 - lever de la bille de 1 mm
3 - FA, fermeture de l'admission
4 - position du piston en OE, ouverture de l'échappement
5 - le piston va remonter, l'échappement (fente sur le cylindre) se ferme et on passe à la compression 
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moteur uniflow à bille avec excentrique

ou le téton soulevant la bille est indépendant du piston et est commandé par l'excentrique

1 - au PMH du piston, le téton est en position d'OA
2 - admission massive et le piston descend
3 - FA
4- le haut du piston arrive à l'échappement et on voit que le téton baisse depuis la position 3
5 - l'échappement est terminé et on se trouve en période de compression.
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avantage de ce second montage :


Certes les 2 diagrammes obtenus sont identiques pour les 2 moteurs mais

lorsqu'on se trouve en OA grâce à l'excentrique, le piston se trouve au PMH. Quand l'admission s'ouvre, il n'y a presque plus de compression dans le cylindre d'où un démarrage qui se fait désormais d'une "pichemette".

On se trouve donc dans une situation presque classique avec quand même une ouverture OA-FA plus faible que celle d'un moteur conventionnel..
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plan pour ce nouveau moteur uniflow



cylindrée

sans le support du téton qui glisse et sert du piston, elle serait de 0.785 cm3..
Le support ne sort finalement que de quelques millimètres et on peut en déduire une cylindrée à 0.75 cm3.

support de bille

une simplification suite à des problèmes rencontrés. Je l'ai rendu responsable et l'ai modifié en utilisant une fraise de 4.5; pas grave car ce moteur est prévu pour "travailler" verticalement.

Une parenthèse pour mes amis qui n'ont pas réussi à faire tourner un modèle uniflow : j'avais oublié de mater le siège de la bille. Cette opération effectuée, le moteur a démarré du premier coup.

Voici un usinage plus correct surtout si on veut le faire fonctionné à plat.:
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Toujours à propos de ce support de bille, on peut s'étonner de la cote de 15,8. En fait elle permet de ne pas tenir compte des 0.2 de l'épaisseur du joint en téflon. J'ai repris cette cote après la réalisation du support à 16.

les usinages

dont les photos sont limitées aux nouveautés.

l'arrivée de vapeur

Elle se fera latéralement.
Elle se fixera sur des goujons M2 placés sur le support de bille.

Au départ, pratiquer les perçages du support à 1.6 par superposition.
Montage avec soudure à voir dans la seconde partie de cet album.
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perçage à 1.6 du bouchon
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perçage à 1.6 du support

le cylindre

tube de 10 x 12 où il faut prévoir l"échappement.

Percer un trou de 2 puis placer une fraise de 2 pour obtenir l'ouverture.

Comme au départ ce moteur ne voulait pas tourner, j'ai réalisé une seconde ouverture qui finalement ne peut qu'améliorer le résultat ...
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le piston

dans du rond de 10.

Avant de réaliser l'entaille de 7, on le perce pour le passage du support de téton (4) et le passage de l'axe (1.5).
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le support du téton


Un rond de 4 dont il faut, sur une certaine longueur diminuer l'épaisseur. Une façon de remplacer le câble de Michel qui est cependant une option très intéressante surtout si on vaut réduire la section du piston ...

On voit que même en position haute alors que le piston est au PMH,  il se trouve à 1 mm au dessous. Nécessaire car en montant il toucherait le porte bille. Si on voulait tenter une expérience avec un soulèvement de bille de 2 mm, il faudrait le réduire en conséquence.
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réalisation du plat de 1
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perçage à 2 et 1.6
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fraisage à 2
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M2 bien vertical

bielle du piston


dans du plat de 1 x 5.
On peut se tromper un peu car la longueur est réglable.
Ne pas oublier de recuire avant le pliage qu'il est ainsi possible de recommencer.

Une fois terminer on soudera à l'étain les écrous qui se trouvent à sa base.
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premier montage


qui va permettre de vérifier si la bielle du piston et le support du téton veulent bien se déplacer sans se gêner ...
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le châssis


en alu pour les supports en laiton pour le porte cylindre.

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calcul de la longueur du téton

et le mieux est de réaliser un croquis qui ici nous donne une cote à la sortie du porte-téton de 3.3. Bon on peut aussi se tromper d'1/10 ème!

Petit problème, le maintien de ce téton : pas possible d'ajouter une vis de blocage et du téflon serait un peu difficile à placer. Alors, il faut régler cette longueur une fois qu'une tige filetée s'y trouve bloquée : sciage puis lime ou alors la meule.

premiers essais à l'air comprimé

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Un petit truc pour le montage : la goupille a tendance à glisser alors on la maintient avec un bout de papier collant.
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Pour ces essais, il faut essayer de faire en sorte que la bielle de l'excentrique soit la plus verticale possible.
On y arrive avec des rondelles en téflon. Excentrique à refaire ?
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Un contrôle nécessaire : lorsque le piston est au PMB, il doit affleurer la partie basse de l'échappement.
Contrôle avec un foret de 2.
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Une photo oubliée pour le châssis : l'ouverture permet le montage de la bielle de l'excentrique.
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Rien n'est soudé pour ces premiers essais. Le cylindre et l'arrivée de vapeur sont simplement emboîtés ...et il est probable que les résultats futurs seront bien meilleurs !

la suite ...

on démonte tout, on peint, on remonte, on essaie, on modifie, ...la routine !

à propos de l'arbre du moteur et de l'excentrique

qui comportent des rondelles.

J'ai essayé de remplacer la rondelle plaquant l'excentrique par une rondelle en acier mais cela ne convient pas en ralentissant la rotation. Alors retour à une rondelle en téflon qui guide mieux la bielle.
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Sur cette photo, on voit que la bielle de l'excentrique est légèrement penchée (2) sur le croquis). Cela n'empêche pas un fonctionnement correct mais on pourrait l'éviter ...

Le problème pour avoir un cylindre bien centré vient de la soudure de l'arbre que j'ai réalisée à  l'étain. Dans ce cas, j'évite pour assurer un bon maintien de raser l'arbre et on a un dépassement d'environ 0.5 mm (1).

Il existe plusieurs solutions pour rétablir la verticalité de la bielle
(3) prévoir un petit pli au haut de la bielle, mais dans ce cas  il faudra bien faire attention à celle du téton qui pourra varier de 1 ou 2/10èmes. On peut alors modifier les dimensions de l'excentrique.
(4) garder le montage actuel et ajouter une rondelle de téflon sur l'excentrique.
(5) augmenter la largeur de la base du support du téton de 1 mm en brasant à l'argent un petit tube avant de passer au fraisage  ... Probablement la solution la plus simple à laquelle je n'avais pas pensé !.

Pour réaliser l'excentrique, de la documentation (cette fois, je me suis contenté de la réaliser par soudure à l'étain) .
Quelques exemples de réalisation mais vous en trouverez d'autres en tapant dans la cas "recherche", le mot excentrique ...
1 - réaliser simplement par soudure à l'étain un excentrique :
usinages 1
Dans cet d'album, usinage d'un excentrique avec un mandrin 3 mors :
moteur Stanley
Calcul d'une cale pour réaliser un excentrique :
calculs, traçages

le montage

Commencer par glisser l'arbre et placer les écrous sans serrer ce qui permet de glisser la seconde partie en soulevant. Ensuite blocage.
Puis on glisse le cylindre (pas encore soudé ni peint pour procéder aux vérifications).
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soudure

qui se fera à l'étain
Les goujons M ont tendance à bouger. On les enfile pour qu'ils soient à ras puis on les maintient en place avec le bouchon que l'on écarte. Montages suivants garantis !

Pour la soudure il faut maintenir le porte bille avec une petite vis. Et on terminera par l'arrivée de vapeur.
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cela semble terminé ...

et on va pouvoir procéder aux derniers essais ont celui à la vapeur.
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MAIS

lors d'un premier essai à la vapeur, des difficultés au démarrage, quelques tours puis arrête, un bruit bizarre venant du porte bille ... Non filmé, dommage.
Retour pour un essai à l'air comprimé. Correct mais pourquoi pas un dernier essai avec un ressort situé entre la bille et le bouchon ?
C'était la solution.
Il est vrai que mon porte-bille était trop profond (je m'étais inspiré du croquis de base).

le ressort a un diamètre extérieur de 4.3 et les spires semblent être de diamètre 0.3. Je l'ai coupé à environ 10,5 mm : il touche la bille et vient juste au dessous du bouchon. Donc aucune compression au montage.(sur la photo il est sorti pour qu'on le voit !)

Sur la vidéo, il y a un moment où le moteur ralenti, apparemment sans raison et cela pose question !

Un ami, Bruno du Forum Ch'ti Modélisme Naval" m'a probablement apporté la raison : la chaleur générée par la vapeur d'où une certaine dilatation..

Exceptionnel il est vrai mais le tube de 10 x 12 et le rond de 10 pour le piston avaient beaucoup de mal à s'accepter et j'ai même, lors d'un démontage, retrouvé mon piston bloqué ...

La solution : davantage de rodage et ne pas en vouloir à l'huile d'olive !

les derniers essais


qui montrent que ce petit moteur est capable de bien des choses et qu'il pourrait servir ...

Le rodage semble terminé, plus de ralentissements sauf ceux que j'ai commandés pour réduire ou augmenter la pression, et toujours de l'huile d'olive !

3 essais à 2 et à 3 bars dans des situations différentes :

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les recherches de André DEBOUZY

en partant de ce moteur et des recherches de Michel SOULABAIL

Des résultats surprenant accompagnés de ses remarques où il note les modifications qu'il a apportées !
A voir au bas de son
andré Debousy
Essai sans charge et moteur inversé
:

album terminé

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