Moteur Bourke

Le moteur Bourke est une tentative de Russell Bourke, dans les années 1920, d'améliorer le moteur à combustion interne à deux temps . Malgré la fin de sa conception et la construction de plusieurs moteurs fonctionnels, le début de la Seconde Guerre mondiale , le manque de résultats des tests et la mauvaise santé de sa femme ont empêché son moteur d'être commercialisé avec succès. Les principales vertus revendiquées de cette conception sont qu'elle ne comporte que deux pièces mobiles , qu'elle est légère, qu'elle a deux impulsions de puissance par tour et qu'elle n'a pas besoin d'huile mélangée au carburant.

Le moteur Bourke est essentiellement un moteur à deux temps , avec un ensemble de pistons opposés horizontalement utilisant deux pistons qui se déplacent dans la même direction en même temps, de sorte que leurs opérations sont déphasées de 180 degrés . Les pistons sont reliés à un mécanisme à étrier écossais au lieu du mécanisme à vilebrequin plus habituel , de sorte que l'accélération des pistons est parfaitement sinusoïdale . Cela fait que les pistons passent plus de temps au point mort haut que les moteurs conventionnels. La charge entrante est comprimée dans une chambre sous les pistons, comme dans un moteur à deux temps conventionnel à carter. Le joint de bielle empêche le carburant de contaminer l'huile de lubrification du bas de gamme.

Le cycle de fonctionnement est très similaire à celui d'un moteur à allumage commandé à deux temps de production actuelle avec compression du carter, avec deux modifications :

1. Le carburant est injecté directement dans l’air lorsqu’il traverse l’orifice de transfert.
2. Le moteur est conçu pour fonctionner sans allumage par étincelle une fois qu'il est chaud. On parle alors d'auto-allumage ou de fonctionnement au diesel, et le mélange air/carburant commence à brûler en raison de la température élevée du gaz comprimé et/ou de la présence de métal chaud dans la chambre de combustion.

Les caractéristiques de conception suivantes ont été identifiées :

• Bielles à glissement linéaire et à joug écossais.
• Moins de pièces mobiles (seulement 2 ensembles mobiles par paire de cylindres opposés) et les cylindres opposés peuvent être combinés pour former 2, 4, 6, 8, 10, 12 ou tout nombre pair de cylindres.
• Le piston est relié au joug écossais par l'intermédiaire d'un palier à glissement (un type de palier à fluide à basculement hydrodynamique ).
• Injection mécanique de carburant .
• Des ports plutôt que des valves .
• Entretien facile (révision supérieure) avec des outils simples.
• Le Scotch Yoke ne crée pas de forces latérales sur le piston, réduisant ainsi les frottements et l'usure du piston.
• Les joints toriques sont utilisés pour sceller les joints plutôt que les joints d'étanchéité .
• Le joug écossais fait que les pistons restent légèrement plus longtemps au point mort haut , de sorte que le carburant brûle plus complètement dans un volume plus petit.

• Faible température d'échappement (en dessous de celle de l'eau bouillante), donc les composants d'échappement en métal ne sont pas nécessaires ; des composants en plastique peuvent être utilisés si la résistance n'est pas requise du système d'échappement.
• Rapport de compression de 15:1 à 24:1 pour une efficacité élevée et peut être facilement modifié selon les besoins des différents carburants et exigences de fonctionnement.
• Le carburant est vaporisé lorsqu'il est injecté dans les orifices de transfert, et la turbulence dans les collecteurs d'admission et la forme du piston au-dessus des segments stratifient le mélange air-carburant dans la chambre de combustion.
• Combustion pauvre pour une efficacité accrue et des émissions réduites.

• Cette conception utilise des joints d'étanchéité pour empêcher la pollution de la chambre de combustion (créée par la fuite des segments de piston dans les moteurs à quatre temps et par la combustion seule dans les moteurs à deux temps) de polluer l' huile du carter , prolongeant ainsi la durée de vie de l'huile car elle est utilisée lentement pour garder les segments pleins d'huile. Il a été démontré que l'huile était utilisée lentement, mais le contrôle de la quantité et de la propreté de celle-ci était toujours recommandé par Russell Bourke, son créateur.
• L' huile de lubrification dans la base est protégée de la pollution de la chambre de combustion par un joint d'huile sur la bielle.
• Les segments de piston sont alimentés en huile par un petit trou d'alimentation dans la paroi du cylindre au point mort bas.

• Rendement - 0,25 (lb/h)/hp est revendiqué - à peu près le même que le meilleur moteur diesel, ou environ deux fois plus efficace que le meilleur moteur à deux temps. Cela équivaut à un rendement thermodynamique de 55,4 %, ce qui est un chiffre extrêmement élevé pour un petit moteur à combustion interne . Dans un test observé par un tiers, la consommation réelle de carburant était de 1,1 hp/(lb/hr), ou 0,9 (lb/hr)/hp, ce qui équivaut à un rendement thermodynamique d'environ 12,5 %, ce qui est typique d'un moteur à vapeur des années 1920. Un test d'un moteur Vaux de 30 pouces cubes, construit par un proche associé de Bourke, a donné une consommation de carburant de 1,48 lb/(bhp hr), ou 0,7 (lb/hr)/hp à puissance maximale.
• Puissance/poids - Le Silver Eagle était censé produire 25 ch à partir de 45 lb, soit un rapport puissance/poids de 0,55 ch/lb. Le moteur plus gros de 140 pouces cubes était bon pour 120 ch à partir de 125 lb, soit environ 1 ch/lb. Le modèle H était censé produire 60 ch avec un poids de 95 lb, ce qui donne un rapport puissance/poids de 0,63 ch/lb. Le bicylindre de 30 pouces cubes était censé produire 114 ch à 15 000 tr/min tout en ne pesant que 38 lb, un incroyable 3 ch/lb Cependant, une réplique de 30 pouces cubes de Vaux Engines ne produisait que 8,8 ch à 4 000 tr/min, même après une refonte substantielle. D'autres sources affirment 0,9 à 2,5 ch/lb, bien qu'aucun test indépendant pour étayer ces chiffres élevés n'ait été documenté. La gamme supérieure de ce chiffre est environ deux fois meilleure que le meilleur moteur de production à quatre temps présenté ici, ou 0,1 ch/lb de mieux qu'un moteur à deux temps Graupner G58. La revendication inférieure est banale, facilement dépassée par les moteurs à quatre temps de production, sans parler des deux temps.
• Émissions - Les résultats des tests publiés n'ont pratiquement pas montré d'hydrocarbures (80 ppm) ni de monoxyde de carbone (moins de 10 ppm), cependant aucune puissance de sortie n'a été donnée pour ces résultats et le NOx n'a pas été mesuré.
• Faibles émissions - Le moteur est censé pouvoir fonctionner à l'hydrogène ou à tout autre carburant hydrocarboné sans aucune modification, produisant uniquement de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone comme émissions.

Le moteur Bourke présente quelques caractéristiques intéressantes, mais les déclarations extravagantes concernant ses performances ne sont probablement pas confirmées par des tests réels. De nombreuses déclarations sont contradictoires.

1. Le frottement du joint entre la chambre du compresseur d'air et le carter, contre la bielle , réduira l'efficacité.
2. L'efficacité sera réduite en raison des pertes de pompage, car la charge d'air est comprimée et détendue deux fois, mais l'énergie n'est extraite pour la puissance que dans l'une des expansions par course de piston.
3. Le poids du moteur est susceptible d'être élevé car il devra être construit de manière très robuste pour faire face aux pressions de pointe élevées observées en raison de la combustion rapide à haute température.
4. Chaque paire de pistons est fortement déséquilibrée car les deux pistons se déplacent dans la même direction en même temps, contrairement à un moteur boxer . Cela limitera la plage de vitesse et donc la puissance du moteur, et augmentera son poids en raison de la construction solide nécessaire pour réagir aux forces élevées dans les composants.
5. Les moteurs à deux temps à grande vitesse ont tendance à être inefficaces par rapport aux moteurs à quatre temps, car une partie de la charge d'admission s'échappe sans être brûlée avec l'échappement.
6. L’utilisation d’un excès d’air réduira le couple disponible pour une taille de moteur donnée.
7. Le fait de forcer l'échappement à sortir rapidement par de petits orifices entraînera une perte d'efficacité supplémentaire.
8. Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne en mode détonation réduit l'efficacité en raison de la chaleur perdue par les gaz de combustion qui sont projetés contre les parois de la chambre de combustion par les ondes de choc.
9. Émissions - bien que certains tests aient montré de faibles émissions dans certaines circonstances, celles-ci n'étaient pas nécessairement observées à pleine puissance. À mesure que le rapport de récupération (c'est-à-dire le couple moteur) augmente, davantage de HC et de CO seront émis.
10. L'augmentation du temps de séjour au PMH permettra de transférer davantage de chaleur aux parois du cylindre, réduisant ainsi l'efficacité.
11. En mode d'auto-allumage, le moment du démarrage de la combustion est contrôlé par l'état de fonctionnement du moteur, plutôt que directement comme dans un moteur à allumage par étincelle ou un moteur diesel. Il peut donc être possible de l'optimiser pour une condition de fonctionnement, mais pas pour la large gamme de couples et de vitesses qu'un moteur connaît généralement. Le résultat sera une efficacité réduite et des émissions plus élevées.
12. Si le rendement est élevé, les températures de combustion doivent être élevées, comme l'exige le cycle de Carnot , et le mélange air-carburant doit être pauvre. Les températures de combustion élevées et les mélanges pauvres entraînent la formation de dioxyde d'azote .

Russell Bourke a obtenu des brevets britanniques et canadiens pour le moteur en 1939 : GB514842 et CA381959.

Il a également obtenu le brevet américain 2 172 670 en 1939.