22 - Jean Joseph Étienne LENOIR (10) (1822 - 1900) [1][2]

‍   Moteur à air dilaté par la combustion des gaz [3] 



Basic patent [4] 

‍         French patent           43624 

Application date:      24 January 1860

Grant date:               29 February 1860

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Système de moteur à air dilaté par la combustion de gaz enflammé par l'électricité susceptible de remplacer la vapeur comme force motrice.

(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)


Mon invention consiste premièrement dans l'emploi du gaz d'éclairage en combinaison avec l'air enflammés par l'électricité comme force motrice

Deuxièmement dans la construction d'une machine destinée à employer le dit gaz.

Je représente cette machine sur un dessin ci-joint dont je vais me servir pour l'intelligence de la description suivante.

Je me sers en partie des pièces principales d'une machine à vapeur horizontale c'est-à-dire un volant A, un arbre à vilebrequin B, une bielle C, une glissière D, un cylindre E et deux excentriques pour faire mouvoir les tiroirs I et J. Mais ce que je veux principalement breveter dans cette machine c'est le mode d'action de la combinaison par laquelle j'arrive à obtenir obtenir les résultats. C'est la disposition par laquelle entrent et fonctionnent les gaz et air dans le cylindre. Ce dit cylindre E est disposé comme celui des machines à vapeur c'est-à-dire qu'il est pourvu d'une piston H mais il a deux tiroirs I et J seulement, ils n'ont pas de boîte à vapeur, ils sont maintenus sur les orifices du cylindre par une pression, soit d'un ressort ou d'une glissière. 

Au milieu du cylindre E et en dessus sont de fils de platine K isolés par de la porcelaine et communicant avec un appareil dit Ruhmkorff qui lui-même communique à une pile ou tout autre producteur d'électricité sur le tiroir I et un tube L dont l'intérieur est en communication avec l'air atmosphérique par une ouverture V; un tube M par lequel arrive le gaz est séparé du tube L par un robinet (qui peut aussi être un clapet) et qui laisse passer le gaz par un mouvement pris sur le tiroir chaque fois que l'on a besoin d'en introduire dans le cylindre.

Lorsque  je veux faire fonctionner la dite machine je fais mouvoir le piston H jusqu’au milieu du cylindre E, alors le piston faisant le vide dans la partie No 1 du cylindre, y laisse pénétrer par l'orifice No 1 du cylindre du tiroir I la quantité de gaz et air nécessaire. Aussitôt le piston découvrant l’enflammateur électrique K (en même temps qu'il ferme l'orifice No 1 du tiroir I enflamme le gaz dans l'oxygène de l’air qui se trouve subitement surchauffé, se dilate considérablement et pousse le piston H jusqu'au bout du cylindre. 

Alors l'orifice du cylindre du tiroir J s'ouvre du côté où vient d'avoir lieu la pression et laisse échapper ce qui reste de la combustion. Puis le volant A aidant le piston retourne en arrière en faisant le vide dans la partie No 2 du cylindre et la colonne d'air et de gaz entre par l'orifice No 2 du cylindre du tiroir I jusqu'au milieu du cylindre il découvre encore l'enflammateur K qui enflamme de nouveau les gaz qui dilatent l'air puis poussent le piston jusqu'au bout du cylindre et le reste de la combustion n’échappe par l'orifice du cylindre du tiroir J du côté qui vient de fonctionner et ainsi de suite le mouvement alternatif est obtenu; un régulateur P fait fonctionner un robinet Q qui règle la marche.

Je puis aussi employer d'autres gaz que le gaz d'éclairage tels que le gaz bi-carboné ou bien produire du gaz au moment du travail avec les hydrogènes carbonés liquides ou bien encore le gaz hydrogène pur comme aussi le gaz sulfureux et enfin toute matière susceptible de s'enflammer dans un cylindre en combinaison avec l'oxygène. Je puis aussi faire une machine verticale ou à balancier.

En résumé mon droit exclusif porte sur la manière de faire entrer et fonctionner le gaz et l'air dans un cylindre c'est-à-dire de les y attire par le vide fait par un piston quelconque et de les enflammer en temps voulu, de la manière que je l'ai dite, pour produire une force motrice avec le gaz d'éclairage ou autres.


First addition

Date:   28 February 1860


(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)


Le système de moteur à air dilaté que j'ai décrit ___ doit évidemment être perfectionné et amélioré dans quelques une de ses parties et dans son mode d’emploi, Tout en me réservant de décrire amplement l'ensemble de ses perfectionnements et de constituer alors définitivement mon invention il peut être intéressant d'insister dès aujourd'hui sur quelques points.

J'ai énoncé que deux parties principales caractérisaient ma découverte : 

1° La combinaison ou le mélange d’air et de gaz inflammable 

2° Leur action dans une machine fonctionnant par l'électricité et à peu près de la même manière  qu'une machine à vapeur ordinaire.

De ce qui précède il résulte que tout en employant les gaz et l’air atmosphérique dans une proportion de 95 % de l’air et 5 % au maximum de gaz mon moteur n'est pas un moteur à gaz. Son rôle ne consiste pas dans la détonation, comme cela a put être proposé et rejeté, c'est un combustible qui s'enflamme régulièrement et sans choc, et chauffe la quantité d'air dans laquelle il entre en composition, dilate celui-ci et lui fait jouer sur le piston le même rôle que la vapeur d’eau ordinaire.

Mon cylindre et donc tour à tour générateur de force et récepteur; le fluide élastique agit à haute pression et détente naturelle suivant la longueur de la course. Les produits ou résidus s'échappent régulièrement et complètement à chaque cylindrée de sorte que l'aspect est absolument un moteur à vapeur. En réalité c'est un moteur à air dilaté. 

On peut le réglementer en agissant indistinctivement sur trois des éléments qui le composent c’est-à-dire, sur la prise d'air, sur la conduite de gaz ou sur l'appareil électrique. 

Pour compléter mon premier mémoire descriptif et mon premier dessin, de même que pour éviter toute méprise et tout malentendu, j'ai représenté sur un nouveau dessin annexé ci-contre le cylindre de ma machine, je dirai ou plutôt je répéterai comment il fonctionne de manière à faire apprécier la valeur du système et principalement ses caractères constitutifs.


Jacques Payen comments: [3]

Proteste n’avoir pas inventé un moteur à explosion, mais un moteur à combustion : « Son rôle ne consiste pas dans la détonation, comme cela a pu être proposé et rejeté. » Hugon [5] est probablement visé par cette phrase.



Second addition

Date:   5 April 1860



(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)


Dans mon brevet du 24 janvier, je dis que je puis me servir des hydrogènes carbonés liquides comme calorique pour chauffer et dilater l'air et ses combinaisons à fin d'obtenir une force motrice; je vais dans cette addition expliquer comment j'opère pour obtenir le résultat voulu, et décrire le petit appareil que j'emploie. 

J'ai dit également dans mon brevet primitif: «j’introduis les gaz et l'air jusqu'au milieu de la course et alors le piston découvrant l'inflammatoire, les gaz s’enflamment etc». Mon addition de ce jour consiste aussi dans une disposition qui me permet de détendre l'air chaud faisant la force motrice et de raccourcir par cela même le point mort.

Je vais commencer d'abord par décrire l'appareil que j'emploie comme générateur en m’aidant du dessin joint à la présente description qui montre aussi la modification que j'ai fait subir au cylindre moteur.

La fig. 1 représente une coupe verticale de l'appareil à produire les gaz ou vapeurs inflammables. 

La fig. 2 montre une section horizontale de la figure 1 en suivant la ligne 1–2. 

La fig. 3 est une section longitudinale d'un cylindre moteur muni de deux inflammatoires. 

L'appareil représenté fig. 1 et 2 est composé d'une chaudière A qui est en quelque sorte la cornue d'un serpentin E, d'un réservoir D; 

Résumé. 

Les points constitutifs de la présente addition peuvent donc se résumer ainsi : 

1° application des vapeurs hydrogènes carbonés ou bi-carbonés liquides ou solides, ou toute autre matière pouvant se réduire en vapeur inflammable pour chauffer l'air dans le cylindre moteur, ce qui constitue toujours le moteur à air dilaté; et ce qui est d'une application complètement nouvelle. 

2° Emploi de deux inflammateurs disposés sur le cylindre moteur, de manière à produire une détente déterminée par la longueur de la course que le piston doit encore parcourir après l'inflammation, et au besoin réglementation de l'inflammation pour le distributeur de l'électricité lui-même qui ferait jaillir l'étincelle à chaque bout du cylindre et à un moment donné.


Jacques Payen comments: [3]

Description d’un carburateur. L’hydrocarbure liquide est vaporisé par un serpentin que traversent les gaz d’échappement. Il faut un chauf­fage auxiliaire pour démarrer.

Propose d’enflammer au 1/3 ou 1/4 de la course pour obtenir une plus grande détente.

Parle pour la première fois du refroidissement par chemise d’eau, mais l’envisage comme simple récupération de chaleur pour produire l’eau chaude ou la vapeur.


Third addition

Date:   17 April 1860


(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)


J'ai indiqué successivement de quelle manière pratique j'entendais tirer partie de ma découverte et de perfectionnements qui s'y attachent. La présente addition a pour but de démontrer des phénomènes qui se produisent dans mon système et d’indiquer par quelles combinaisons je puis en tirer parti. 

La principale consiste à laisser entrer derrière le piston aussitôt que le vide se produit, une certaine quantité d'air avant de laisser entrer le gaz et l’air. La disposition que je prends pour obtenir ce résultat est représenté sur le dessin que j'annexe à mon mémoire descriptif.


Jacques Payen comments: [3]

L’admission se divise en : a) Admission d’air pur; b) Admission air et gaz.



Fourth addition

Date:   5 January1861

(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)


Les nombreuses études auxquelles je me suis livré depuis la prise de mon brevet primitif m’ont permis d'apporter plusieurs perfectionnements notables dans la construction de certains organes du moteur à air dilaté que j'ai imaginé. 

Mes perfectionnements portent principalement sur les agents distributeurs du gaz et de l'air atmosphérique, afin de répartir de façon rationnelle et parfaite les veines alternées de gaz et air, pour empêcher tout mélange intime de ces deux corps.

À cette effet, je me suis appliqué à construire un tiroir qui puisse distribuer le gaz par une série de petits tubes formant jets autour desquels sont réservés les passages de l'air atmosphérique; on obtient ainsi une succession de couches de gaz d’air qui conservent leur ordre de superposition distincte et leur épaisseur relative. De plus, pour assurer l'entrée régulière du gaz et de l'air, je dispose dans chacun des orifices appartenant au cylindre moteur une sorte de peigne ou plaque formée de petits conduits parfaitement en correspondance avec les petits tubes sus-mentionnés.

Différentes modifications ont été également introduites dans la construction du cylindre et de son enveloppe, afin de former, d'un côté, des réservoirs pour le gaz, et d'organiser de l'autre des courants d'eau mieux étudiés qui empêchent le trop grave échauffement du cylindre et du piston se mouvant à l'intérieur. 

Pour augmenter la force d'expansion de l'air atmosphérique et de gaz, produit de la combustion, j'ai exécuté une disposition qui permet d'introduire une certaine quantité de vapeur d'eau, d'eau à l'état de brouillard. Cette eau ou vapeur provient de la machine elle-même, comme on le verra tout à l'heure, entre chaque fois que la machine aspire ou respire, c'est-à-dire chaque fois que le piston fait le vide derrière lui pour permettre l'introduction des agents de la combustion dans le cylindre moteur. 

Le distributeur d'électricité suit maintenant la marche rectiligne du piston et assure le moment exact où doit se produire l'étincelle de l'un ou de l'autre inflammateur.

Jacques Payen comments: [3]

Distribution par couches d’air et de gaz (pour ralentir la combustion). Introduction de vapeur d’eau dans le cylindre (eau de refroidissement) ou d ’eau en brouillard.

Le mémoire se termine par une phrase tout à fait étrange et qui semble n’avoir pas attiré l’attention des historiens: « Je tiens aussi à faire remarquer que la machine en fonctionnant respire ou aspire tous ses éléments producteurs de force, que jamais ils n’y sont refoulés, et que cette action se produit mécaniquement à peu près de la même manière qu’elle se détermine physiquement [comprenons : physiologiquement] chez les êtres organisés. J’avais déjà fait cette observation et j’y insiste d’une manière particulière en tant qu’elle caractérise le fonctionnement mécanique de la machine. »



Fifth addition

Date:  22 June 1867

(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)

Les perfectionnement qui caractérise la présente demande de certificat d'admission consiste à interposer entre le piston moteur et le volant de la machine un ressort qui empêche le choc produit lors de l'inflammation. Ce réassort peut être placé soit entre deux parties brisées de la bielle, soit entre la bielle et la tige du piston, soit encore sur l'arbre moteur.

Cette dernière disposition que je préfère est représentée sur le dessin annexé à la description détaillée qui suit:

Jacques Payen comments: [3]

Interposition, entre le piston moteur et le volant de la machine, d’un ressort qui empêche le choc produit lors de l'inflammation. Ce ressort est à placer de préférence sur l’arbre moteur.



Sixth addition

Date:   13 September 1867

(Source: archives de l’Institut national de la propriété industrielle)

La disposition qui fait l'objet de la présente demande a pour but d'économiser le gaz et donner plus de douceur pour la fonction du moteur de mon système; j'arrive à cette économie en additionnant au cylindre moteur un cylindre supplémentaire avec lequel il est relié par un tuyau d'une disposition quelconque.

Dans le cylindre supplémentaire et un piston dont la tige est chargée d'un poids qui tend toujours à l’abaisser, sur le côté du même cylindre est adapté une soupape qui permet l'entrée de l'air à l'intérieur du dit.


Jacques Payen comments: [3]

Cylindre régulateur. En communication constante avec le cylindre moteur, il est fermé en haut par un piston chargé d’un poids, et possède à mi-hauteur une soupape d’admission.


Corresponding patents:       


Patents corresponding to the basic patent issued in: [6]


United Kingdom [7], Belgium, USA, Spain, Italy, Austria, Russia, Holland and Cuba.


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[1] FamilySearch database (KC86-FJP)

[2] Wikipedia

[3] Jacques Payen reviewed and commented on Lenoir’s « combustion engine »patent portfolio in 1963 in Revue d'histoire des sciences et de leurs applications, tome 16, n°4, 1963,  pages 374-380 (Les brevets de Lenoir concernant le moteur à combustion interne)

[4] transcription which corrects spelling mistakes and punctuation in Lenoir’s handwritten manuscript

[5] Wikipedia

[6] L’Opinion du Midi, 14 June 1863 

[7] The patents was granted for the United Kingdom of Great Britain, Ireland, the Channel Islands and the Isle of Man,  GB N° 335 (1860), filed on 8 February 1860 and granted on 8 August 1860. (Espacenet database); in 1866 it was sold to the London based Gas Engine Co. « for England and the colonies »  (English mechanic and mirror of science, 13 April 1866, page 43).


(13/01/2022)