Moteur à explosion - Définition

Moteur deux temps

Historique

Le premier moteur à deux temps fut imaginé et réalisé par Jean-Joseph Étienne Lenoir en 1862. Il utilisait un gaz d'éclairage. Il fonctionne selon le cycle de Lenoir.

• Dans sa version économique dotée d'un simple carburateur, son rendement est plus faible et il est plus polluant, mais d’une puissance et d'un couple nettement plus élevés (60 à 70 %) qu'un moteur à quatre temps de la même cylindrée au même régime ; il est demeuré longtemps et reste encore le moteur exclusif et performant des cyclomoteurs et de quelques motos sportives répliques de motos de compétition en GP et tout-terrain.
• Depuis 1990, on s’intéresse de nouveau aux moteurs à deux temps pour l'automobile mais en injection directe pneumatique, une solution de plus en plus utilisée de nos jours sur les 2 roues de petite cylindrée et qui répond aux normes de pollution Euro 3.

Technique

Fonctionnement du cycle 2 temps

Les moteurs « deux temps » respectent le cycle de Beau de Rochas en utilisant les deux côtés du piston : la partie supérieure pour les phases de compression et de combustion et la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d'admission (et par voie de conséquence, d'échappement). Ils épargnent ainsi les mouvements (donc latences, frottements…) de deux cycles non producteurs d'énergie et produisent davantage de couple et de puissance.

Avantages

Les moteurs « deux temps » permettent de bénéficier théoriquement du double de travail par cycle (un temps moteur par tour de vilebrequin, au lieu d'un temps moteur pour deux tours de vilebrequin pour le moteur quatre temps). Cependant l'étanchéité demeure difficile à assurer et certains effets de l'emplacement de canaux de transfert de gaz (admission et échappement) limitent le gain pratique à 70 % du travail.

Les principaux avantages de ces moteurs sont :

• une combustion à chaque tour moteur et une puissance spécifique (puissance/cylindrée) très élevée possible, donc une puissance massique très élevée.
• une simplicité de construction (peu de pièces en mouvement)
• un graissage des éléments en rotation quelle que soit l'inclinaison du moteur (plus d'informations : [1])
• des pertes par frottements internes nettement plus faibles que sur un 4 temps.

(villebrequin sur roulements, pas de distribution à entrainer, pas de segment racleur, régime nettement plus faible à puissance équivalente fournie) Un moteur 2 temps avec bougie enlevée se tourne aisément à la main, c'est impossible avec un 4 temps tant il y a de résistance à vaincre!

• Un caractère moteur très expressif, qui fonctionne de mieux en mieux à l'approche de son régime maxi.Tout l'opposé du 4 temps qui semble forcer et vouloir éjecter ses composants dans ce cas.
• A puissance égale une fiabilité supérieure au 4 temps qui doit tourner beaucoup plus vite pour essayer d'y parvenir. (réf; NR500 Honda de grand prix des années 80 comparées aux 500 2 temps de l'époque)

Inconvénients

Les principaux inconvénients des moteurs deux temps sont :

• une plus forte consommation spécifique, due à la partie de gaz imbrulés qui sont rejetés hors du moteur durant la phase de transfert. Pour y remédier, une injection directe permet de faire pénétrer une dose précise de carburant, dans la chambre de combustion transferts fermés.

Un pot d'échappement accordé dit "pot de détente" permet d'éviter la perte par l'échappement et fait profiter au remplissage d'un effet "compresseur " en gavant le cylindre avant la fermeture de la lumière d'échappement dans sa plage d'accord. Une valve à l'échappement étend cette plage, soit en diminuant la hauteur de la lumière d'échappement, ou en faisant communiquer avec le pot une chambre qui va abaisser la fréquence de résonance de ce dernier. L'injection d'eau dans le pot (pour le refroidir) le fait s'accorder plus bas. La diminution de l'avance à l'allumage le fait chauffer et s'accorder plus haut (la vitesse des ondes étant proportionnelle à la température du pot).

• une usure plus rapide due à la partie supérieure de la (des) lumière d'échappement qui torture les segments à leur passage : ils y subissent des contraintes différentes et importantes, compensée par une vitesse de rotation plus faible à puissance égale.
• la lubrification est réalisée par mélange (1.5 à 3 %) ou graissage séparé par pompe avec injection d'huile directement dans les roulements parfois (Suzuki). Les huiles modernes brulent quasi complètement et la pollution est due au HC imbrulés.;
• faible frein moteur.

Pour ces différentes raisons, les moteurs deux temps économiques à carburateurs sont en voie de disparition, car ils polluent beaucoup plus que des moteurs quatre temps équivalents (tondeuses à gazon, tronçonneuses, vélomoteurs, moteurs hors-bord, petits groupes électrogènes, motoculteurs, véhicules de modélisme…). En revanche, plusieurs entreprises ont conçu des moteurs deux temps à injection directe (l'australien Orbital Engine Corporation - maintenant Synerject - notamment et son système AsDI - Air-assisted Synerject Direct Injection) et de grands constructeurs de scooters l'ont adopté sur certains de leurs modèles (Peugeot, Aprilia, Piaggio et Kymco).

Les émissions polluantes des moteurs 2 temps et le nombre élevé de ces moteurs rendent nécessaire l'application de normes de fonctionnement, induisant la réduction de cette pollution.

Diesels deux temps

Toutefois, les moteurs deux temps présentent encore un fort potentiel dans des secteurs spécifiques, par exemple celui des très grandes puissances (propulsion marine ou production électrique) où des diesels deux temps dits « moteurs lents » délivrent plus de 100 000 ch avec un rendement de 50 %.

Ce sont des moteurs comptant cinq à quatorze cylindres en ligne dont le diamètre des pistons atteint 1 mètre et la course 2,50 mètres. La vitesse de rotation de leur arbre est d'environ 100 tours/minute. Leurs principales qualités sont la fiabilité et la faible consommation. Par contre leur hauteur (environ 17 m) et leur masse (plus de 1 000 tonnes) limitent leur utilisation. Les moteurs à quatre temps de puissance équivalente sont environ trois fois moins lourds et moins coûteux, au prix d'une chute de rendement de l'ordre de 3% et d'une durabilité moindre . Certains de ces moteurs deux temps utilisés en génération électrique ont duré plus de cinquante ans.

Certains moteurs d'avion utilisent également ce principe, assez ancien, puisque déjà utilisé par les moteurs Clerget des années 1930. Aujourd'hui le plus connu est le moteur Wilksch, un tricylindre 2 temps de 120 ch suralimenté par compresseur. Il existe aussi en 2 et 4 cylindres, ainsi que le prometteur prototype en cours de certification du moteur en étoile Zoche (300 ch).

L'avantage dans ce cas du moteur diesel 2 temps est un rapport poids/puissance équivalent à un 4 temps essence, mais avec un meilleur rendement et l'utilisation d'un carburant trois fois moins cher, le kérosène, au lieu de la coûteuse et polluante essence d'aviation au plomb .