Les cylindres des moteurs à piston sont souvent classés en simple ou double effet, selon la manière dont le fluide agit sur le piston.
Simple effet
Un cylindre à simple effet dans un moteur alternatif est un cylindre dans lequel le fluide de travail agit sur un seul côté du piston. Un vérin à simple effet dépend d’une charge, de ressorts, d’autres vérins ou de l’impulsion d’un volant d’inertie pour repousser le piston dans l’autre sens. On trouve des cylindres à simple effet dans la plupart des types de moteurs alternatifs. Ils sont presque universels dans les moteurs à combustion interne (par exemple, les moteurs à essence et diesel) et sont également utilisés dans de nombreux moteurs à combustion externe tels que les moteurs Stirling et certaines machines à vapeur. On les trouve également dans les pompes et les cylindres hydrauliques.
Leurs pistons sont généralement des pistons à tourillon, où le joint de l’axe de la bielle se trouve à l’intérieur du piston lui-même. Cela permet d’éviter la traverse, la tige de piston et son presse-étoupe, mais rend presque indispensable un piston à simple effet. Cela présente l’avantage de faciliter l’accès à la face inférieure du piston pour l’huile de lubrification, qui a également une importante fonction de refroidissement. Cela permet d’éviter une surchauffe locale du piston et des segments.
Les petits moteurs à essence à deux temps, comme ceux des motos, utilisent la compression du carter au lieu d’un surcompresseur ou d’une soufflerie séparée. Les deux côtés du piston sont utilisés comme faces de travail, la face inférieure du piston agissant comme un compresseur de piston pour comprimer la charge d’admission en vue du coup suivant. Le piston est toujours considéré comme étant à simple effet, car une seule de ces faces produit de la puissance.
Certains des premiers moteurs à gaz, comme les premiers moteurs Lenoir datant d’environ 1860, étaient à double effet et s’inspiraient des moteurs à vapeur dans leur conception.
Les moteurs à combustion interne sont rapidement passés à des cylindres à simple effet. Il y a deux raisons à cela : dans le cas de la machine à vapeur à grande vitesse, la force exercée sur chaque piston et sa bielle était si importante qu’elle sollicitait fortement les roulements, tandis qu’un piston à simple effet, dans lequel la direction des forces est toujours la compression le long de la bielle, permettait un plus grand jeu de roulement. Un piston à simple effet, dans lequel la direction des forces est toujours la compression le long de la bielle, permet d’augmenter le jeu des roulements. Deuxièmement, la nécessité de disposer de grandes surfaces de soupapes pour assurer un bon écoulement des gaz, tout en exigeant un petit volume pour la chambre de combustion afin d’assurer une bonne compression, monopolise l’espace disponible dans la culasse. Le cylindre dérivé de la machine à vapeur de Lenoir n’étant pas adapté au moteur à essence, une nouvelle conception est apparue, basée sur des soupapes à clapet et un piston à simple effet.
Des moteurs à gaz de très grande taille ont également été construits comme moteurs de soufflerie de haut fourneau, avec un ou deux cylindres de très grande taille et alimentés par la combustion de gaz de fourneau. Ces moteurs, en particulier ceux construits par Körting, utilisaient des cylindres à double effet. Les moteurs à gaz ne nécessitent que peu ou pas de compression de leur charge, par rapport aux moteurs à essence ou à allumage par compression, de sorte que les conceptions de cylindres à double effet étaient toujours adaptées, malgré leurs passages étroits et alambiqués.
Depuis lors, les cylindres à double effet ont été peu utilisés dans les moteurs à combustion interne, bien que Burmeister & Wain ait produit des moteurs diesel à cycle à deux temps et à double effet (2-SCDA) pour la propulsion marine avant 1930. Le premier, d’une puissance de 7000 ch, a été installé sur le MV Amerika britannique (United Baltic Co.) en 1929. Les deux moteurs SCDA de B&W installés sur le MV Stirling Castle en 1937 produisaient 24000 ch chacun.
En 1935, le sous-marin américain USS Pompano a été mis en service dans la classe Perch. Six bateaux ont été construits, avec trois conceptions différentes de moteurs diesel provenant de fabricants différents. Le Pompano était équipé de moteurs H.O.R. (Hooven-Owens-Rentschler) à 8 cylindres et à double effet, une version sous licence des moteurs auxiliaires MAN du croiseur Leipzig. En raison de l’espace limité disponible sur les sous-marins, les moteurs à pistons opposés ou, dans ce cas, à double effet, ont été choisis parce qu’ils étaient plus compacts. Les moteurs du Pompano furent un échec complet et tombèrent en panne pendant les essais avant de quitter le chantier naval de Mare Island. Le Pompano fut mis en sommeil pendant huit mois, jusqu’en 1938, le temps que les moteurs soient remplacés. Même alors, les moteurs étaient considérés comme insatisfaisants et furent remplacés par des moteurs Fairbanks-Morse en 1942. Pendant la construction du Pompano, les sous-marins de la classe Salmon furent commandés. Trois d’entre eux furent construits par Electric Boat, avec un développement à 9 cylindres du moteur H.O.R. (Alden, 1979, pp. 65, 210). Bien que n’étant pas un échec aussi important que les moteurs Pompano, cette version posait toujours des problèmes et les bateaux furent par la suite remotorisés avec les mêmes moteurs General Motors 16-248 V16 à simple effet que les autres bateaux de la classe. (Alden, 1979, pp. 65, 210) D’autres sous-marins construits par Electric Boat des classes Sargo et Seadragon, ainsi que la première classe Gato, ont également été construits avec ces moteurs H.O.R. à 9 cylindres, mais ont été remotorisés par la suite. (Alden, 1979, p. 210)
Cylindres hydrauliques
Un vérin hydraulique est un actionneur mécanique actionné par un fluide sous pression, généralement de l’huile. Il a de nombreuses applications, en particulier dans les équipements de construction (véhicules d’ingénierie), les machines de production et le génie civil.