Qu’est-ce qu’un Moteur À Deux Temps?

Un moteur à deux temps est un type de moteur à combustion interne qui complète un cycle de puissance avec deux temps du piston pendant un seul tour de vilebrequin. Cela contraste avec un « moteur à quatre temps », qui nécessite quatre temps de piston pour terminer un cycle de puissance pendant deux tours de vilebrequin.

Dans un moteur à deux temps, la fin de la course de combustion et le début de la course de compression se produisent simultanément, les fonctions d’admission et d’échappement se produisant en même temps.

Les moteurs à deux temps ont souvent un rapport puissance / poids élevé, la puissance étant disponible dans une gamme étroite de vitesses de rotation appelée « bande de puissance ». Par rapport aux moteurs à quatre temps, les moteurs à deux temps ont un nombre considérablement réduit de pièces mobiles.

Histoire du moteur à deux temps

Le premier moteur à deux temps commercial impliquant une compression dans les cylindres est attribué à l’ingénieur écossais Dugald Clerk, qui a breveté sa conception en 1881. Cependant, contrairement aux moteurs à deux temps ultérieurs, son avait un cylindre de charge séparé.

Le moteur charrié par le carter, utilisant la zone sous le piston comme pompe de charge, est généralement attribué à l’Anglais Joseph Day. Le 31 décembre 1879, l’inventeur allemand Karl Benz a produit un moteur à gaz à deux temps, pour lequel il a reçu un brevet en 1880 en Allemagne.

Le premier moteur à deux temps vraiment pratique est attribué au Britannique Alfred Angas Scott, qui a commencé à produire des motos bicylindres refroidies à l’eau en 1908.

Les versions à essence (allumage par étincelle) sont particulièrement utiles dans les applications légères ou portables telles que les tronçonneuses et les motos.

Cependant, lorsque le poids et la taille ne sont pas un problème, le potentiel de rendement thermodynamique élevé du cycle le rend idéal pour les moteurs diesel à allumage par compression fonctionnant dans de grandes applications insensibles au poids, telles que la propulsion marine, les locomotives de chemin de fer et la production d’électricité.

Dans un moteur à deux temps, les gaz d’échappement transfèrent moins de chaleur au système de refroidissement qu’un moteur à quatre temps, ce qui signifie plus d’énergie pour entraîner le piston et, le cas échéant, un turbocompresseur.

Comment fonctionne un Moteur à Deux Temps?

Comme son nom l’indique, le moteur à deux temps ne nécessite que des mouvements à deux pistons (un cycle) pour générer de la puissance. Le moteur est capable de produire de la puissance après un cycle car l’échappement et l’admission du gaz se produisent simultanément.

Il y a une soupape pour la course d’admission qui s’ouvre et se ferme en raison du changement de pression. De plus, en raison de son contact fréquent avec des composants en mouvement, le carburant est mélangé à de l’huile pour ajouter de la lubrification, ce qui permet des courses plus douces.

Dans l’ensemble, un moteur à deux temps contient deux processus:

• Course de compression: L’orifice d’entrée s’ouvre, le mélange air-carburant pénètre dans la chambre et le piston se déplace vers le haut en comprimant ce mélange. Une bougie allume le carburant comprimé et commence la course de puissance.
• Course de puissance: Le gaz chauffé exerce une pression élevée sur le piston, le piston se déplace vers le bas (expansion), la chaleur résiduelle est épuisée.

L’efficacité thermique de ces moteurs à essence varie en fonction du modèle et de la conception du véhicule. Cependant, en général, les moteurs à essence convertissent 20% de l’énergie du carburant (chimique) en énergie mécanique – dans laquelle seulement 15% seront utilisés pour déplacer les roues (le reste est perdu par le frottement et d’autres éléments mécaniques).

Par rapport aux moteurs à quatre temps, les deux temps sont plus légers, plus efficaces, ont la capacité d’utiliser du carburant de qualité inférieure et sont plus rentables. Par conséquent, les moteurs plus légers se traduisent par un rapport puissance / poids plus élevé (plus de puissance pour moins de poids).

Cependant, ils n’ont pas la maniabilité possible dans les moteurs à quatre temps et nécessitent plus de lubrification. Cela rend un moteur à deux temps idéal pour les navires (besoin de transporter beaucoup de marchandises), les motos et les tondeuses à gazon – alors qu’un moteur à quatre temps serait idéal pour les automobiles comme les voitures et les camions.

Construction d’un moteur à deux temps

• Piston: Le piston transfère la force d’expansion des gaz à la rotation mécanique du vilebrequin à travers une bielle.
• Vilebrequin: Il convertit le mouvement alternatif en mouvement de rotation.
• Bielle: Elle transfère le mouvement d’un piston à un vilebrequin et agit comme un bras de levier.
• Volant: C’est un dispositif mécanique utilisé pour stocker de l’énergie.Bougie d’allumage
• : Elle délivre un courant électrique à la chambre de combustion et enflamme à son tour le mélange air-carburant entraînant une brusque expansion des gaz.
• Contrepoids: Le contrepoids sur le vilebrequin est utilisé pour réduire les vibrations dues aux déséquilibres de l’ensemble rotatif.
• Orifices d’entrée et de sortie: Ces orifices permettent à l’air frais avec du carburant d’entrer et de sortir de la bouteille.

Types de moteur à deux temps

Les détails mécaniques des différents moteurs à deux temps diffèrent selon le type. Les types de conception varient en fonction de la méthode d’introduction de la charge dans le cylindre, de la méthode de balayage du cylindre et de la méthode d’épuisement du cylindre.

1. Orifice d’entrée commandé par piston.
2. Soupape d’admission à roseau.
3. Vanne d’admission rotative.
4. Balayage à flux transversal.
5. Balayage en boucle.
6. Balayage Uniflow.
7. Moteur à pistons étagés.

Orifice d’entrée à piston

L’orifice à piston est le plus simple des modèles et le plus courant dans les petits moteurs à deux temps. Toutes les fonctions sont contrôlées uniquement par le revêtement du piston et la découverte des orifices lorsqu’il monte et descend dans le cylindre.

Dans les années 1970, Yamaha a élaboré quelques principes de base pour ce système. Ils ont constaté qu’en général, l’élargissement d’un orifice d’échappement augmente la puissance de la même quantité que l’élévation de l’orifice, mais que la bande de puissance ne se rétrécit pas comme elle le fait lorsque l’orifice est soulevé.

Soupape d’admission à roseau

La soupape à roseau est une forme simple mais très efficace de clapet anti-retour couramment installée dans le conduit d’admission de l’orifice contrôlé par piston. Il permet l’admission asymétrique de la charge de carburant, améliorant la puissance et l’économie tout en élargissant la bande de puissance. Ces vannes sont largement utilisées dans les motos, les VTT et les moteurs hors-bord marins.

Vanne d’admission rotative

La voie d’admission est ouverte et fermée par un organe rotatif. Un type familier que l’on voit parfois sur les petites motos est un disque à fente fixé au vilebrequin, qui recouvre et découvre une ouverture à l’extrémité du carter, permettant à la charge d’entrer pendant une partie du cycle (appelée soupape à disque).

Une autre forme de soupape d’admission rotative utilisée sur les moteurs à deux temps utilise deux éléments cylindriques avec des découpes appropriées agencées pour tourner l’une dans l’autre – le tuyau d’admission n’ayant de passage vers le carter que lorsque les deux découpes coïncident.

Le vilebrequin lui-même peut former l’un des éléments, comme dans la plupart des modèles de moteurs à bougie de préchauffage. Dans une autre version, le disque de manivelle est agencé pour être ajusté à jeu serré dans le carter et est pourvu d’une découpe qui s’aligne avec un passage d’entrée dans la paroi du carter au moment opportun, comme dans les scooters Vespa.

Balayage à flux transversal

Dans un moteur à flux transversal, les orifices de transfert et d’échappement se trouvent sur des côtés opposés du cylindre, et un déflecteur sur le dessus du piston dirige la charge d’admission fraîche dans la partie supérieure du cylindre, poussant les gaz d’échappement résiduels de l’autre côté du déflecteur et sortant de l’orifice d’échappement.

Balayage en boucle

Cette méthode de balayage utilise des orifices de transfert soigneusement formés et positionnés pour diriger le flux de mélange frais vers la chambre de combustion lorsqu’il pénètre dans le cylindre. Le mélange carburant / air frappe la culasse, puis suit la courbure de la chambre de combustion, puis est dévié vers le bas.

Cela empêche non seulement le mélange carburant / air de sortir directement de l’orifice d’échappement, mais crée également une turbulence tourbillonnante qui améliore l’efficacité de la combustion, la puissance et l’économie. Habituellement, un déflecteur de piston n’est pas nécessaire, de sorte que cette approche présente un avantage distinct par rapport au schéma d’écoulement croisé.

Balayage Uniflow

Dans un moteur uniflow, le mélange, ou  » air de suralimentation  » dans le cas d’un diesel, entre à une extrémité du cylindre commandée par le piston et l’échappement sort à l’autre extrémité commandée par une soupape d’échappement ou un piston. Le flux de gaz de balayage est donc dans un seul sens, d’où le nom d’uniflow.

Moteur à piston étagé

Le piston de ce moteur est en forme de « chapeau haut de forme »; la section supérieure forme le cylindre régulier et la section inférieure remplit une fonction de balayage. Les unités fonctionnent par paires, la moitié inférieure d’un piston chargeant une chambre de combustion adjacente.

Applications du moteur à deux temps

• Les moteurs à deux temps sont préférés lorsque la simplicité mécanique, la légèreté et le rapport puissance / poids élevé sont des priorités de conception.
• Ils sont lubrifiés par la méthode traditionnelle de mélange d’huile dans le carburant, ils peuvent être travaillés dans n’importe quelle orientation car ils n’ont pas de réservoir dépendant de la gravité. Cela les rend souhaitables pour leur utilisation dans des outils portables tels que des tronçonneuses.
• Les moteurs à deux temps se trouvent dans les applications de propulsion à petite échelle telles que les motos, les cyclomoteurs et les motos hors route.