Mecanicus utilise les cookies afin d'améliorer votre expérience utilisateur et proposer du contenu publicitaire adapté. En cliquant sur Accepter, vous validez cette utilisation. Plus d'infos en cliquant ici

🧰 Le coup d'écrou #10 - Le moteur 2 Temps

🧰 Le coup d'écrou #10 - Le moteur 2 Temps

Moteur 2 Temps

Ce type de moteur est beaucoup utilisé sur les cyclomoteurs et motocycles en raison de sa grande simplicité de construction (qui en réduit son prix de revient) et de son très bon rendement.
Dans le domaine de l’automobile, le moteur à deux temps a été adopté par un certain nombre de constructeurs allemands (DKW) qui les montent sur des voitures légères.

Le moteur à 2 temps élémentaire

C’est l’absence de soupapes qui caractérise ce type de moteur. C’est notamment cette suppression, ainsi que celles des organes de commande, qui en explique la simplicité d’usinage.
Il existe plusieurs types de moteurs à deux temps mais le plus classique est le moteur à trois lumières.

Le cylindre, refroidi par air, est garni extérieurement d’ailettes. Sa paroi est percée de trois orifices ou lumières, percées à des hauteurs différentes. L’orifice supérieur est l’orifice d’échappement permettant l’expulsion des gaz brûlés. A l’opposé de cette lumière, et à un niveau un peu inférieur, se trouve une seconde lumière constituant l’extrémité d’un canal vertical qui relie le cylindre et l’intérieur du carter. Ce canal est appelé canal de transfert. Sous la lumière d’échappement se trouve la lumière d’admission.

1

Note : Les lumières sont obstruées ou découvertes tour à tour par le piston dans son mouvement alternatif.

Le piston porte, sur son fond, un bossage de forme étudiée constituant un déflecteur.

Fonctionnement

Le fonctionnement comporte deux phases distinctes.

2

Course ascendante du piston (entre PMB et PMH)
 
En remontant, le piston obstrue :

1. l’orifice du canal de transfert (VI) ;

2. la lumière d’échappement (FE).

Au-dessus du piston, les gaz admis précédemment sont comprimés. Vers la fin de la course (AAL), l’étincelle jaillit dans la chambre d’explosion et enflamme le mélange.
Au-dessous du piston, la remontée du piston crée un vide partiel dans le carter. Aussitôt que la lumière d’admission est découverte (OA), le mélange gazeux venant du carburateur pénètre dans le carter.

Course descendante du piston (ente PMH et PMB)

La pression des gaz chasse le piston qui obstrue la lumière d’admission (FA).

Au-dessous du piston, le mélange gazeux admis est comprimé dans le carter et le canal de transfert.
Au-dessus du piston, le bord supérieur du piston découvre :
- La lumière d’échappement (OE). Les gaz brûlés dont la pression est encore élevée s’échappent dans l’atmosphère.
- L’orifice supérieur du canal de transfert. Les gaz comprimés dans le carter font irruption dans le cylindre. Dirigés vers le haut du cylindre par le déflecteur, ils balayent les gaz brûlés.

En remontant, le piston obstrue l’orifice du canal de transfert, puis la lumière d’échappement et un nouveau cycle recommence.

Note #1 : En réalité on retrouve dans le cycle du moteur à 2 temps, les temps du cycle “Beau de Rochas” : Admission / Compression / Détente / Échappement. C’est parce que les temps s’effectuent simultanément deux à deux que le cycle du moteur est dit à 2 temps. Il y a une explosion à chaque tour de moteur au lieu d’une explosion tous les deux tours dans le moteur à 4 temps. Cette particularité est très importante ; elle explique l’excellent rendement du moteur à 2 temps et aussi son bruit caractéristique.

Note #2 : En réalité dans le fonctionnement du moteur 2 temps, il y a toujours une partie des gaz frais qui est expulsée avec les gaz brûlés pendant la période de balayage et qui fait diminuer le rendement du moteur.

Les particularités du moteur 2 temps

Carter :
Étant donné que la dépression produite dans le carter par la remontée du piston aspire les gaz frais venant du carburateur, le volume du carter doit être le plus faible possible par rapport au volume du cylindre. Par ailleurs, les masses d’équilibrage jouant le rôle de volant sont d’un volume important de manière à réduire encore plus l’espace libre dans le carter.

Culasse :
Elle se présente comme celle d’un 4 temps à soupapes latérales.

Cylindre :
Il comporte des lumières dont leur disposition et leur rôle a été vu précédemment.

Piston :
Le piston, constitué en alliage léger, porte, sur son fond, un bossage asymétrique. La face placée du côté de la lumière d’admission est plus abrupte que la face opposée. C’est cette face qui joue le rôle de déflecteur.

3

Note : Le déflecteur présente l’inconvénient d’augmenter la surface du piston en contact avec la flamme, ce qui échauffe le piston.

Les segments du piston ont le même rôle que ceux du moteur à 4 temps, c’est à dire de compenser, par leur élasticité, le jeu laissé obligatoirement entre le cylindre et la partie supérieure du piston pour la dilatation de ce dernier. Afin qu’ils ne puissent pas tourner dans leur gorge en cours de fonctionnement, les segments sont immobilisés par un ergot fixé dans le fond de la gorge du piston. Ainsi les extrémités des segments ne peuvent venir en face des lumières dans lesquelles ils risqueraient de s’engager et de se casser.

Certains pistons ont une fenêtre dans leur jupe. Cette fenêtre vient en face de l’orifice de transfert. Ainsi les gaz frais passant par cette voie refroidissent l’intérieur du piston.

4

Note : Sur un moteur 2 temps, la lumière d’échappement est maintenue à une température plus élevée que celle d’admission. Ainsi, de par l’emplacement de ces lumières, le fût du cylindre subit des contraintes thermiques qui le déforment.

Maneton du vilebrequin

Afin de réduire l’encombrement du vilebrequin et par suite le volume du carter, le maneton est très étroit. La tête de bielle est montée sur celui-ci par un roulement à galets ou à aiguilles qui nécessite peu de lubrifiant.

Différents moteurs à 2 temps

Moteur Ă  2 temps Ă  pistons plats

Le déflecteur du piston présente l’inconvénient d’échauffer le piston pouvant engendrer l’auto-allumage du mélange. Par ailleurs, le déflecteur sépare, au PMH, la chambre de combustion en deux chambres, ce qui nuit à la propagation de la flamme. Afin de supprimer ces inconvénients, certains constructeurs utilisent des pistons sans déflecteur ou pistons plats.

Le balayage des gaz brûlés par les gaz frais est alors obtenu en utilisant plusieurs orifices de transfert par lesquels les gaz frais jaillissent en courants qui heurtent et prennent de ce fait une direction ascendante. Ce résultat est obtenu en donnant aux canaux de transfert une disposition et une orientation particulières ; soit deux canaux de transfert diamétralement opposés, soit trois orifices de transfert.

Note : Afin d’augmenter la turbulence, c’est-à-dire le brassage du mélange au PMH, certains constructeurs laissent subsister sur le dessus du piston un déflecteur de faible importance.
 
Moteur Ă  2 temps Ă  balayage par Ă©quicourant

Le balayage est une phase critique dans le fonctionnement du moteur à 2 temps. Pendant cette phase, il y a toujours une partie des gaz frais qui se mélangent aux gaz brûlés et qui sont évacués en pure perte avec ces derniers. Cet inconvénient provient du fait que les deux sortes de gaz sont animées de mouvements opposés. Pour pallier cet inconvénient, il faut donner aux deux courants gazeux le même sens afin de supprimer le mouvement tourbillonnaire nuisible.

La solution la plus simple consiste en un cylindre d’une certaine longueur à l’intérieur duquel se déplacent deux pistons en sens opposés.
Un des pistons est relié par sa bielle au maneton central d’un vilebrequin et le second piston est relié aux deux autres manetons calés à 180° par rapport à celui du milieu par deux bielles latérales. Les lumières d’admission et d’échappement sont percées dans le cylindre et sont démasquées ou obstruées au moment voulu par les deux pistons.

La phase de balayage s’effectue alors pendant que les deux pistons s’éloignent l’un de l’autre. L’un débouche d’abord les lumières d’échappement et peu de temps après le second découvre les orifices d’admission. Les deux courants ont donc le même sens d’où le nom d’équicourant donné à ce mode de balayage.

5

Note : Un tel moteur ne peut convenir qu’à des installations fixes à cause de son grand encombrement.

Moteur en U Ă  compresseur

Certains moteurs en U sont équipés d’un compresseur destiné à améliorer le remplissage et l’expulsion des gaz brûlés.

Le compresseur est constitué par un cylindre de grande capacité dans lequel se déplace un piston de balayage en opposition avec les pistons moteurs. Le cylindre-pompe peut être placé en plusieurs endroits par rapport au moteur.

8

Pendant la période de précompression, course descendante des pistons moteurs, le piston- pompe diminue le volume du carter et la compression dans cet espace est d’autant plus marquée que le volume du cylindre-pompe est important par rapport à celui du carter.

Moteur Ă  2 temps polycylindres

Les moteurs à 2 temps peuvent avoir plusieurs cylindres. Les solutions que l’on rencontre le plus souvent sont les moteurs à deux cylindres opposés et horizontaux (Flat-twin) et ceux à deux cylindres jumelés, mais il existe également des moteurs 2 temps à 3 cylindres placés côte à côte (moteurs DKW).

Moteur deux cylindres opposés et horizontaux

Les coudes du vilebrequin sont à 180° et les deux pistons travaillent en opposition.

Dans le moteur à 2 temps (contrairement au moteur à 4 temps), les deux explosions se produisent simultanément. Il en résulte un très bon équilibrage dynamique. Mis à part cet avantage, le moteur 2 temps à deux cylindres opposés ne présente pas de différence sensible avec le monocylindre.

9

Moteur à deux cylindres placés côte à côte

Les coudes du vilebrequin sont à 180°.
Il y a donc une explosion à chaque demi-tour de moteur, ce qui revient, du point de vue de la régularité de fonctionnement, à celle d’un moteur 4 cylindres à 4 temps.

Moteur Ă  trois cylindres en ligne

La régularité cyclique de ce type de moteur (trois explosions par tour) est similaire à celle d’un moteur à 6 cylindres en ligne.

Article Ă©crit par Alexandre Degrandcourt

CrĂ©dits photos : "Le Moteur Ă  explosion", Marcel Menardon, Editions Chotard et AssociĂ©s

Nous contacter pour tout crédit supplémentaire