MOTEUR STIRLING par JPA

J'avais un tank à alcool autrefois, il était en bois et j'y mettais du calva dedans. Malheureusement le bois pompait une bonne partie de la cargaison, ma femme n'a jamais voulu le croire et c'est pour ça que je m'en suis débarrassé !
Trêve de plaisanterie, le système de chauffage fait partie du Stirling et il est normal de discuter des avantages et des inconvénients des différents mode de production de la chaleur. Pour en revenir au brûleur Saïto, je pense que le tank est mis sous pression d'air à l'aide d'une pompe à vélo ou d'un compresseur. On chauffe le bec des brûleurs à l'aide d'un petit godet contenant de l'alcool solidifié, quand c'est suffisamment chaud on ouvre doucement sur le robinet pour que l'alcool ait le temps de se gazéifier et produire une belle flamme bleue. C'est la pression d'air à l'intérieur du tank qui propulse l'alcool, une foi le système en marche la chaleur dégagée entretien la pression. Inutile de dire que ce système est une véritable bombe en puissance. On ne peut donc pas faire d'appoint d'alcool en cours de route pour répondre à bobino, on peut sûrement imaginer un système de régulation mais avec moins de souplesse qu'avec le gaz. Au niveau sécurité, si la flamme s'éteint, on rempli la cale d'alcool si il y a le moindre point chaud : boum!

Pour répondre à Jacky, quelque soit la taille du moteur Stirling, la distance entre le piston déplaceur et la paroi du cylindre ne doit JAMAIS être supérieure à 1 mm, quelque soit l'échelle. Rudy Mémin recommande entre 0.3 à 0.8 mm. Ceci s'explique par le fait que l'air n'est chauffé que par contact avec la paroi, dès que l'on s'éloigne de celle-ci l'air est très mal ou pas réchauffé du tout. Il ne faut pas non plus descendre en dessous d'une certaine valeur sous peine de freiner exagérément le piston.
Pour les espaces morts il faut les réduire au maximum, quelques dixièmes de mm aussi bien pour le piston déplaceur (à chaque extrémité) que pour le piston de travail. Les lumières de transfert ont été élargie, côté cylindre déplaceur afin de ce rapprocher le plus possible du bord du piston, j'y ai gagné en efficacité !

bonjour à tous
je pense débuter prochainement la fabrication de mon premier moteur à air chaud et pour ne pas m'égarer je vais tenter dans un premier temps de copier le principe des travaux vraiment très instructifs de  JPA .
j'ai beaucoup étudié le plan et son l'évolution d'après les retours de test concrets .
j'aurai probablement beaucoup de  questions à suivre , voici la première :
concernant la culasse , je vois sur la photo que sur la partie supérieure il y a deux vis en laiton qui ressemblent à des bouchons , ont ils une utilité particulière ou servent ils uniquement à boucher les orifices ayant servi aux percages débouchant dans le cylindre de travail ?
cordialement
jacky

Super ce fil, je découvre ces pages d'essais, beau moteur "in fine" bravo et merci du partage!

Bien Jacky, c'est très gratifiant aussi un moteur à air chaud...
Je m'amuse encore avec des moteurs que j'ai fait il a pas mal d'années..

https://www.youtube.com/watch?v=6tOhIiYoeus#t=12

merci François-Marie pour les vidéos
je sais déjà que ce nouvel univers va beaucoup me plaire !
cordialement
jacky

Les deux vis en laiton sont des bouchons de graisseur. Ils sont munis de joints toriques pour l'étanchéité. Il y en a un pour graisser la tige du déplaceur et un pour le graissage du cylindre de travail. Quelques gouttes d'huile très fluide assurent lubrification et étanchéité des organes en mouvement. L'huile siliconée est très efficace. A proscrire : l'huile moteur qui est beaucoup trop visqueuse et ralenti considérablement le moteur. La disposition des graisseurs a été modifiée dans la deuxième version. Le graisseur cylindre a été déporté sur le côté et la vis qui servait de bouchon a été remplacée par une valve de vélo modifiée qui sert de "clapet renifleur".

bonjour à tous,
merci JPA,    " clapet renifleur " peux tu détailler le principe et la modification ?
cordialement
jacky

Bonjour à tous et merci pour l'intérêt suscité par le moteur Stirling,

Le "clapet renifleur" est un clapet anti-retour qui permet au moteur d'aspirer l'air à la pression atmosphérique mais l'empêche de s'échapper à l'extérieur. Sur les moteurs qui n'ont pas un tel clapet, une partie du cycle se fait en dessous de la pression atmosphérique. L'avantage c'est que lors de la course montante du piston de travail (du point mort bas vers le point mort haut) la pression atmosphérique aide le piston à remonter. Toutefois si l'on compare les diagrammes en pression/volume (PV), on constate que si le moteur est équipé d'un clapet renifleur, la pression moyenne effective (PME) est de 0.34 bar contre 0.28 bar pour le même moteur non équipé, soit un gain de puissance de près de 20%.

Autre intérêt : malgré la mise au ralenti du brûleur quand le moteur est débrayé ( soit au point neutre, ni en avant, ni en arrière) le moteur a tendance à s'emballer dans des proportions catastrophiques du à la grande inertie thermique du système. On peut faire chuter rapidement la vitesse excessive en mettant partiellement à l'air libre le système interne par ouverture forcée du clapet renifleur. C'est pour cela que j'ai mis au point un limiteur de vitesse à courants de Foucault qui agit sur ce clapet renifleur.

Dernier point d'intérêt : après avoir purgé une certaine quantité d'air pour mettre le moteur au ralenti, le clapet renifleur permet de compléter à nouveau et rapidement la quantité d'air nécessaire au fonctionnement à pleine puissance. Je rappelle ici que l'air qui circule à l'intérieur du moteur Stirling n'agit que comme fluide intermédiaire (au même titre que la vapeur dans une installation du même nom) et que certaines applications de moteurs Stirling utilise d'autres gaz que l'air (hydrogène, hélium, etc.)

Mon "clapet renifleur" a été fabriqué à partir d'une valve de vélo (petit modèle) équipé d'un ressort de rappel très souple et de la coupelle qui va avec. Le tout est surmonté de la tige de commande asservie au limiteur de vitesse


Diagrammes en PV comparant un moteur équipé d'un clapet renifleur (couleur orange) et le même non équipé (couleur bleue). L'intersection de la ligne "A" avec la ligne horizontale correspond au point mort haut du piston, l'intersection de la ligne "B" correspond au point mort bas. La distance AB correspond à la course du piston de travail. L'échelle des pressions se lit sur la ligne verticale à gauche.

Autre vue du clapet renifleur

Hello!
Quand je lis ça, je me dis que la vapeur, finalement, c'est vachement simple!
C'est tout de même super intéressant à suivre.
Bravo et bien cordialement.

Ce système de renifleur est très ingénieux, je ne le connaissais pas, merci du tuyau! une étape avant la pressurisation ! de plus cette soupape est un bon moyen de calmer le moteur à vide !
Mais la différence de surface entre les deux diagrammes est visible mais pas si frappante.Sans vouloir abuser, j'aimerais bien voir les autres pages du papier de model engineer (de Mick Collins?).
c'est vrai que l'inertie thermique est bien visible, sur mes moteurs, après un gros" effort" la vitesse à vide est (temporairement) nettement supérieure à celle mesurée avant la charge, ça ne facilite pas les mesures de puissance.

Un avantage énorme du "clapet renifleur" c'est aussi de pouvoir compenser automatiquement les pertes d'air dues aux fuites (minimes mais bien présentes) par la tige du piston déplaceur et par le piston de travail.

Bonjour

est ce que les avions sont équipés de ce clapet ?

Il y a eu des avions renifleurs mais on leur a fait fermer le clapet assez rapidement . Il est bien évident que tous les avions propulsés par moteur Stirling sont équipés d'un tel clapet !!!!!

bonjour à tous,
j'ai pas encore tout compris mais j'ai commencé la fabrication de mon moteur par la réalisation de la partie cylindre de déplacement qui me parait là plus délicate et je ferai un petit reportage photos de l'évolution dans les semaines prochaines.
j'ai passé une partie de la nuit à essayer de comprendre et surtout à visualiser l'effet de ce clapet dans le cycle complet mais c'est vraiment pas net surtout quand je lis qu'il peut aussi compenser les fuites du piston travail et de la tige de commande du dé placeur
il faut que je débouche mon clapet de la compréhension qui doit être grippé !
cordialement
jacky

Salut Jacky,

Encore bravo pour ton projet, je ne manquerai pas de suivre ça de près pour te dire si tu es sur la bonne voie. Pour le clapet renifleur cela peut venir après avoir terminé ton moteur, comme ça tu pourras voir la différence.
Si tu regardes les deux diagrammes (il s'agit du même moteur avec et sans clapet), le diagramme bleu correspond au moteur sans clapet. On peut voir qu'une partie du cycle se fait en dessous de la pression atmosphérique, cela a un avantage car la pression atmosphérique aide le piston à revenir au point mort supérieur.
Si l'on regarde le diagramme orange (moteur avec clapet) on voit que la pression minimum ne descend pas en dessous de la pression atmosphérique, car si s'était le cas la soupape ouvrirait et le moteur aspirerait l'air extérieur.
En conclusion on s'aperçoit que la surface du diagramme orange est supérieure à la surface du diagramme bleu. La surface du diagramme représente le travail effectué à chaque cycle et permet de calculer la pression moyenne effective (PME), pour les anglo-saxons : CMEP (calculated mean effective pressure). Cette pression moyenne effective est de 0.34 bar avec clapet et de 0.28 bar sans clapet soit un gain de puissance de près de 20%

bonjour à tous,
merci JPA  je vais prévoir l'emplacement de ce clapet pour la suite, je me concentre actuellement sur la partie cylindre du dé placeur et à ce sujet j'ai noté que tu avais connu quelques soucis avec le piston et son guidage
peux tu détailler sa réalisation en particulier comment as tu fermé les extrémités du piston ( soudure , emmanchement serré ?)
cordialement
jacky

Une petite précision : le clapet se dévisse et sert de bouchon pour permettre la lubrification du cylindre de travail. Quelques gouttes d'huile siliconée avant chaque navigation, on revisse le clapet et le tour est joué. Le joint torique que l'on aperçoit assure l'étanchéité entre la partie fixe et la partie mobile.

Bonjour

Très intéressant sujet.
Je vais le suivre avec attention

Merci

bonjour à tous,
j'aimerai l'avis de ceux qui maitrise bien la théorie de ce type de moteur concernant la partie intermédiaire entre les côtés chaud et froid  en inox dans le cas présent..
cette partie doit elle être à l'air libre ou de préférence refroidie par eau comme la partie froide ?
il me semble JPA  que d'après les dernières photos  la moitié du tube inox soit à l'intérieur de la chambre de combustion , y a t'il une raison ?
merci à tous
cordialement
jacky

Bonjour à tous,
La partie intermédiaire en inox doit être laissée à l'air libre. Elle parait raccourcie sur mon moteur à cause du calorifugeage du foyer qui fait pas loin de 10mm d'épaisseur et qui empiète dessus. Ce calorifugeage est réalisé avec du joint pour porte de poële et est enduit avec du mastic pour échappement résistant à 1200°C. Le tout comporte une enveloppe en tôle d'inox de quelques dixièmes d'épaisseur. Il faut garder à l'esprit qu'il règne facilement une température de 700°C dans le foyer. Ceci est à prendre en compte également lors de la réalisation du piston déplaceur.

merci JPA pour ces précisions.
en relisant ton compte rendu d'évolution de ce moteur , lors du 8ème essai tu dis avoir supprimé la partie du vilebrequin côté cylindre de déplacement.
si je comprends bien tu as remplacer le vilebrequin d'origine sensé transmettre le mouvement du piston déplaceur au volant d'inertie   par des joues de renvoi pour diminuer les frictions.
cordialement
jacky

Rectification : merci Jacky de relever ce détail car j'ai écrit cela par erreur ! C'est le contraire que j'ai fait, je n'ai gardé que la partie du vilebrequin qui entraîne le piston déplaceur et j'ai supprimé la partie avant du vilebrequin qui servait à entraîner le ventilateur tangentiel à ailettes. Ce ventilateur n'a plus de raison d'être avec une réfrigération par circulation d'eau, d'autre part il n'est pas nécessaire de garder un palier de chaque côté des joues de manivelle.

j'avais tout faux  je parlais de la partie supérieure du moteur dans l'alignement du piston déplaceur  et de la tige reliée aux joues de renvoi  ( entre les poutres supports) , je ne comprenais pas la suppression du vilebrequin à ce niveau !!
je commence à mieux voir la modification au niveau du vilebrequin du cylindre moteur avec effectivement un seul palier, c'est OK pour çà.
toujours pour m'assurer de bien comprendre il me semble que la course du piston déplaceur est bien modulable par la longueur de la biellette à rotules et que la couronne fixée sur le volant d'inertie permet par son orientation angulaire de définir  le début du mouvement du piston déplaceur.
j'ai juste ??
ou trouver les rotules ?
cordialement
jacky

La course du piston déplaceur est définie par la distance entre axe de vilebrequin et maneton multipliée par deux. Le réglage de la tige à rotule permet le centrage correct du piston déplaceur pour avoir un espace mort identique à chaque fin de course. Si on allonge trop la tige, le piston déplaceur risque de heurter le fond de la partie froide, si on la raccourcie trop il risque de heurter le fond de la partie chaude. Les espaces morts doivent être calculés au plus juste pour obtenir le meilleur rendement (1mm grand maximum de chaque côté). J'ai meulé les lumières de communication entre partie froide et cylindre de travail, côté partie froide, en forme de haricot plus ou moins conique afin de faciliter le passage de l'air lorsque le piston déplaceur arrive en fin de course côté partie froide. Les performances du moteur s'en sont trouvées nettement améliorées.
Les rotules se trouvent chez Conrad ou Radiospare mais on doit pouvoir en trouver également chez les fournisseurs de roulements à bille, choisir des modèles entièrement métalliques, les modèles en plastique ne tiennent pas.
A noter également : j'ai fait mon palier principal de vilebrequin à partir d'un palier à roulement de tête rotative de magnétoscope. C'est une merveille de précision et une garantie de friction minimum. Mais il devient de plus en plus rare d'en trouver, les derniers magnétoscopes ayant été équipés de têtes rotatives à palier lisse.

Il est intéressant de pouvoir se réserver la possibilité d'ajuster le calage entre le maneton du piston de travail et le maneton du piston déplaceur. Théoriquement les deux manetons sont décalés de 90°, le sens du décalage détermine le sens de rotation du moteur. Mais c'est une position tout-à-fait théorique et dans la pratique on peut améliorer les performances du moteur en diminuant ce décalage. Il faut alors rechercher par tâtonnement une valeur comprise entre 90° et 80° et qui donne les meilleurs résultats.