Moteur à deux temps

Un moteur à deux temps comporte des pistons qui se déplacent dans des cylindres. Le déplacement du piston, par l'intermédiaire de lumières entre la partie basse du carter et la partie haute du cylindre permet d’évacuer les gaz brulés et remplir le cylindre de gaz frais.

Le moteur à deux temps

Origine

S'inspirant des travaux de Paul Hugon, le premier moteur à deux temps a été conçu par l'ingénieur Belge Étienne Lenoir en 1859. Ce moteur a été amélioré par l'ingénieur anglais Dugald Clerk en 1878.

Le moteur à deux temps dans une forme à peu près identique à ce que nous connaissons aujourd'hui a été conçu par un autre ingénieur anglais, (en) Joseph Day, en 1889.

Cycle du moteur

Cylindre à deux temps vu de dessous : à gauche l'échappement,
à droite, l'admission. Les gaz d'admission passent dans le bas moteur, puis dans les deux transferts (en haut et en bas sur la photo) pour aboutir dans le cylindre.

Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. Nous avons ainsi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose ainsi :

• détente puis échappement et transfert du gaz combustible frais

• compression + combustion et admission dans la partie basse du moteur

En voici les différentes étapes en détail :

• Dans un premier temps (image « Détente »), le piston (5) est au point mort haut. La bougie initie la combustion et le piston descend en comprimant en même temps le mélange présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice du cycle, le reste du parcours sera dû à l'inertie créée par cette détente. Cette étape est la détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée (6) du mélange dans le carter se ferme.

• Arrivé à proximité point mort bas (image « Admission et échappement »), le piston débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le cylindre (3) : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de la combustion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'étape d'admission - échappement.

• En remontant (image « Compression »), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle de « compression ».

• Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du premier point.

Schéma de fonctionnement du moteur à deux temps

Particularités

• Moteurs simples (pas de distribution, pas d'arbre(s) à cames ni de soupapes) léger, avec peu de pièces en mouvement ;
• Moteurs facilement reconnaissables par l'implantation basse de l'échappement et du carburateur sur le cylindre, et non sur la culasse ;
• Puissance spécifique voisine d'1,7 fois celle d'un moteur 4-temps (il a fallu autoriser les 4-temps de 990 cm³ de cylindrée pour remplacer en équivalent les moteurs deux-temps de 500 cm³ sur les motos de Grand Prix) ;
• Consommation de carburant en rapport ;
• Lubrification par mélange (huile dans l'essence) ou par injection d'huile (graissage séparé), d'où émission de fumée ;
• Faible taux de compression géométrique (environ 7), compensé par l'effet de compresseur effectué par la face inférieure du piston dans le cylindre, et le pot accordé, aboutissant à une compression réelle d'environ 10 ;
• Bruit spécifique, plus aigu que celui d'un moteur à quatre temps.

Améliorations du principe de base

• Pot de détente accordé améliorant le balayage et repoussant les gaz frais dans le cylindre ;
• Clapets à l'admission,ou une valve pour rendre asymétrique le cycle d'admission dans le carter ;
• Distributeurs rotatifs en bout de vilebrequin, dans le même but ;
• Injection directe ;
• Hauteur variable de la lumière d'échappement en fonction du régime, afin d'augmenter le temps d'échappement à haut régime seulement (couramment appelées "Valves d'échappement") ;
• Chambre de résonance ouverte à bas régime pour simuler un pot plus long accordé ;
• Utilisation d'un deuxième cylindre pour assurer la pré compression ;
• Utilisation d'allumage à avance variable permettant d'avoir le maximum de performance à différents régimes ;
• Balayage avec de l'air au lieu du mélange air-essence et injection (directe ou non) une fois l'échappement refermé.

Utilisation

Ce type de moteur est courant surtout dans les plus petites cylindrées. Ils ont les avantages de la simplicité, d’un poids et d'un encombrement réduit ainsi que de fonctionner dans toutes les orientations sans nécessiter de lubrification par carter sec.

Motocyclettes

Dans les années 1970, le moteur à deux temps était à la mode. À cette époque, beaucoup de constructeurs de motocyclettes quatre temps ont développé des modèles avec des moteurs deux-temps, même de grosse cylindrée, comme la Kawasaki 750 H2. En France, la Motobécane 125 de 1970 est le reflet même de cette époque. Cependant, l'augmentation du prix du pétrole et les normes antipollution de plus en plus contraignantes ont progressivement limité l'usage de ce type de moteur.

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  Kawasaki 750 Mach IV H2

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  Motobecane lt-125

Automobile

La plus connue des automobiles a moteur deux temps est la série des véhicules Trabant, fabriqué en RDA par l'entreprise VEB Sachsenring Automobilwerk Zwickau.

En Pologne, la société FSO a produit de 1957 à 1983 une voiture à moteur 2 temps : la FSO Syrena.

Le constructeur suédois Saab a utilisé des moteurs 2 temps pour motoriser ses modèles 92001, 92, 93, ainsi que les premières 96.

Des micro-citadines ont également utilisé un moteur 2 temps comme l'Isetta conçue par la firme italienne ISO Rivolta.

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  Trabant 601

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  FSO Syrena 101

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  Saab 96 de 1961

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  Isetta

Tronçonneuses et souffleurs de feuilles

On utilise aujourd'hui les petits moteurs 2-temps dans toutes sortes d'engins demandant une vitesse de révolution élevée en prise directe, comme les tronçonneuses ou les souffleurs de feuilles, et sur des véhicules comme le karting ou de nombreux scooters, lesquels disposent d'un système d'embrayage.

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  tronçonneuse

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  karting

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  Scooter

Moteurs diesel

Le cycle 2-temps est aussi exploité dans des moteurs Diesel, comme ceux propulsant des navires ou des locomotives. L'échappement s'effectue souvent par une ou des soupapes et l'admission par des lumières. Certains sont à pistons opposés Junkers Jumo 205 (de), Napier Deltic (de), Fairbanks-Morse (de), etc. L'alimentation en air d'un Diesel 2-temps est assurée par un ou plusieurs compresseurs, parfois assistés d'un ou plusieurs turbocompresseurs.

Opérations de base

Le moteur au cycle à deux temps est simple dans sa construction mais d'une dynamique complexe pour ses opérations.

Problèmes majeurs

• Un problème majeur avec ce type de moteur est la distance courte entre la charge fraîche et les gaz brulés, ce qui provoque une perte d’hydrocarbures imbrûlés. Des phénomènes de résonance induits par un pot de détente aident à résoudre cette difficulté, ou l'injection directe, qui permet de balayer le cylindre avec de l'air pur, le carburant n'étant injecté qu'à la fin. Si un simple pot d'échappement est utilisé, pendant la phase d'admission/échappement, jusqu'à 30 % du mélange peut être perdu.

• Ce type de moteur mélange un lubrifiant dans son carburant pour graisser le cylindre. Il y a donc émission d'huile dans l'atmosphère. Ce n'est pas le cas pour le 4-temps si les segments sont en bon état.

• Ayant deux fois plus de combustions à régime égal qu'un 4-temps, le cylindre du moteur a tendance à chauffer plus rapidement que le quatre temps mais pas plus d'où le perlage de bougie (inexistant aujourd'hui avec les huiles et les bougies actuelles), inconvénients pouvant être écartés par un refroidissement efficace (liquide) et des bougies de bonne qualité.

• Un moteur deux-temps peut, en hiver notamment être très dur à démarrer. En effet, le carburant lorsqu'il fait froid ne s'évapore que très peu. Or ce carburant, avant d'atteindre le cylindre doit passer dans le carter. Si le moteur est froid, une grosse partie du carburant se condense sur les parois, quand il y a décompression, une petite partie du carburant injecté passera du carter à la chambre de combustion. Ceci est un réel problème, lorsqu'une personne n'arrive pas à démarrer sa machine, une grosse quantité de carburant peut se condenser et rester dans le carter. Lorsque le moteur démarre, ce carburant accumulé s'échappera et enrichira le mélange de manière excessive. Généralement, lorsqu'une grosse quantité de carburant ainsi stockée dans le carter et que le moteur démarre, le moteur montera d'un coup dans les tours et redescendra jusqu'à son régime de ralenti.

• Le moteur deux-temps est efficace uniquement à haut régime. En effet à bas régime (en dessous de 8 000 tr/min), ce moteur ne développera aucune puissance et peu de couple. Pour le quatre-temps, c'est le contraire, il est efficace à bas régime et plus on monte dans les tours, plus il consomme.

Problèmes mineurs

• Faible frein moteur ;
• Cale souvent à bas régime ;
• Usure plus rapide de la segmentation (et donc du piston) qui contrairement à un moteur 4-temps, pénètre légèrement dans les différentes lumières d'admission(s) et d'échappement(s) lors du mouvement dans le cylindre.

Articles connexes

• Moteur à pistons libres
• Cycle de Beau de Rochas