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🧰 Le coup d'Ă©crou #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 trÚs bon rendement.
Dans le domaine de l’automobile, le moteur Ă  deux temps a Ă©tĂ© adoptĂ© par un certain nombre de constructeurs allemands (DKW) qui les montent sur des voitures lĂ©gĂšres.

Le moteur à 2 temps élémentaire

C’est l’absence de soupapes qui caractĂ©rise ce type de moteur. C’est notamment cette suppression, ainsi que celles des organes de commande, qui en explique la simplicitĂ© d’usinage.
Il existe plusieurs types de moteurs Ă  deux temps mais le plus classique est le moteur Ă  trois lumiĂšres.

Le cylindre, refroidi par air, est garni extĂ©rieurement d’ailettes. Sa paroi est percĂ©e de trois orifices ou lumiĂšres, percĂ©es Ă  des hauteurs diffĂ©rentes. L’orifice supĂ©rieur est l’orifice d’échappement permettant l’expulsion des gaz brĂ»lĂ©s. A l’opposĂ© de cette lumiĂšre, et Ă  un niveau un peu infĂ©rieur, se trouve une seconde lumiĂšre constituant l’extrĂ©mitĂ© d’un canal vertical qui relie le cylindre et l’intĂ©rieur du carter. Ce canal est appelĂ© canal de transfert. Sous la lumiĂšre d’échappement se trouve la lumiĂšre d’admission.

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Note : Les lumiÚres 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.

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Course ascendante du piston (entre PMB et PMH)

En remontant, le piston obstrue :

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

2. la lumiĂšre d’échappement (FE).

Au-dessus du piston, les gaz admis prĂ©cĂ©demment sont comprimĂ©s. Vers la fin de la course (AAL), l’étincelle jaillit dans la chambre d’explosion et enflamme le mĂ©lange.
Au-dessous du piston, la remontĂ©e du piston crĂ©e un vide partiel dans le carter. AussitĂŽt que la lumiĂšre d’admission est dĂ©couverte (OA), le mĂ©lange gazeux venant du carburateur pĂ©nĂštre dans le carter.

Course descendante du piston (ente PMH et PMB)

La pression des gaz chasse le piston qui obstrue la lumiùre 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 lumiĂšre d’échappement (OE). Les gaz brĂ»lĂ©s dont la pression est encore Ă©levĂ©e s’échappent dans l’atmosphĂšre.
- L’orifice supĂ©rieur du canal de transfert. Les gaz comprimĂ©s dans le carter font irruption dans le cylindre. DirigĂ©s vers le haut du cylindre par le dĂ©flecteur, ils balayent les gaz brĂ»lĂ©s.

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

Note #1 : En rĂ©alitĂ© on retrouve dans le cycle du moteur Ă  2 temps, les temps du cycle “Beau de Rochas” : Admission / Compression / DĂ©tente / Échappement. C’est parce que les temps s’effectuent simultanĂ©ment deux Ă  deux que le cycle du moteur est dit Ă  2 temps. Il y a une explosion Ă  chaque tour de moteur au lieu d’une explosion tous les deux tours dans le moteur Ă  4 temps. Cette particularitĂ© est trĂšs importante ; elle explique l’excellent rendement du moteur Ă  2 temps et aussi son bruit caractĂ©ristique.

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 donnĂ© que la dĂ©pression produite dans le carter par la remontĂ©e du piston aspire les gaz frais venant du carburateur, le volume du carter doit ĂȘtre le plus faible possible par rapport au volume du cylindre. Par ailleurs, les masses d’équilibrage jouant le rĂŽle de volant sont d’un volume important de maniĂšre Ă  rĂ©duire encore plus l’espace libre dans le carter.

Culasse :
Elle se prĂ©sente comme celle d’un 4 temps Ă  soupapes latĂ©rales.

Cylindre :
Il comporte des lumiÚres dont leur disposition et leur rÎle a été vu précédemment.

Piston :
Le piston, constituĂ© en alliage lĂ©ger, porte, sur son fond, un bossage asymĂ©trique. La face placĂ©e du cĂŽtĂ© de la lumiĂšre d’admission est plus abrupte que la face opposĂ©e. C’est cette face qui joue le rĂŽle de dĂ©flecteur.

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Note : Le dĂ©flecteur prĂ©sente l’inconvĂ©nient d’augmenter la surface du piston en contact avec la flamme, ce qui Ă©chauffe le piston.

Les segments du piston ont le mĂȘme rĂŽle que ceux du moteur Ă  4 temps, c’est Ă  dire de compenser, par leur Ă©lasticitĂ©, le jeu laissĂ© obligatoirement entre le cylindre et la partie supĂ©rieure 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 immobilisĂ©s par un ergot fixĂ© dans le fond de la gorge du piston. Ainsi les extrĂ©mitĂ©s des segments ne peuvent venir en face des lumiĂšres dans lesquelles ils risqueraient de s’engager et de se casser.

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

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Note : Sur un moteur 2 temps, la lumiĂšre d’échappement est maintenue Ă  une tempĂ©rature plus Ă©levĂ©e que celle d’admission. Ainsi, de par l’emplacement de ces lumiĂšres, le fĂ»t du cylindre subit des contraintes thermiques qui le dĂ©forment.

Maneton du vilebrequin

Afin de rĂ©duire l’encombrement du vilebrequin et par suite le volume du carter, le maneton est trĂšs Ă©troit. La tĂȘte de bielle est montĂ©e sur celui-ci par un roulement Ă  galets ou Ă  aiguilles qui nĂ©cessite peu de lubrifiant.

Différents moteurs à 2 temps

Moteur Ă  2 temps Ă  pistons plats

Le dĂ©flecteur du piston prĂ©sente l’inconvĂ©nient d’échauffer le piston pouvant engendrer l’auto-allumage du mĂ©lange. Par ailleurs, le dĂ©flecteur sĂ©pare, au PMH, la chambre de combustion en deux chambres, ce qui nuit Ă  la propagation de la flamme. Afin de supprimer ces inconvĂ©nients, certains constructeurs utilisent des pistons sans dĂ©flecteur 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 particuliÚres ; soit deux canaux de transfert diamétralement opposés, soit trois orifices de transfert.

Note : Afin d’augmenter la turbulence, c’est-Ă -dire le brassage du mĂ©lange au PMH, certains constructeurs laissent subsister sur le dessus du piston un dĂ©flecteur de faible importance.

Moteur Ă  2 temps Ă  balayage par Ă©quicourant

Le balayage est une phase critique dans le fonctionnement du moteur Ă  2 temps. Pendant cette phase, il y a toujours une partie des gaz frais qui se mĂ©langent aux gaz brĂ»lĂ©s et qui sont Ă©vacuĂ©s en pure perte avec ces derniers. Cet inconvĂ©nient provient du fait que les deux sortes de gaz sont animĂ©es de mouvements opposĂ©s. Pour pallier cet inconvĂ©nient, il faut donner aux deux courants gazeux le mĂȘme sens afin de supprimer le mouvement tourbillonnaire nuisible.

La solution la plus simple consiste en un cylindre d’une certaine longueur Ă  l’intĂ©rieur duquel se dĂ©placent deux pistons en sens opposĂ©s.
Un des pistons est reliĂ© par sa bielle au maneton central d’un vilebrequin et le second piston est reliĂ© aux deux autres manetons calĂ©s Ă  180° par rapport Ă  celui du milieu par deux bielles latĂ©rales. Les lumiĂšres d’admission et d’échappement sont percĂ©es dans le cylindre et sont dĂ©masquĂ©es ou obstruĂ©es 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 dĂ©bouche d’abord les lumiĂšres d’échappement et peu de temps aprĂšs le second dĂ©couvre les orifices d’admission. Les deux courants ont donc le mĂȘme sens d’oĂč le nom d’équicourant donnĂ© Ă  ce mode de balayage.

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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 Ă©quipĂ©s d’un compresseur destinĂ© Ă  amĂ©liorer le remplissage et l’expulsion des gaz brĂ»lĂ©s.

Le compresseur est constituĂ© par un cylindre de grande capacitĂ© dans lequel se dĂ©place un piston de balayage en opposition avec les pistons moteurs. Le cylindre-pompe peut ĂȘtre placĂ© en plusieurs endroits par rapport au moteur.

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Pendant la pĂ©riode de prĂ©compression, course descendante des pistons moteurs, le piston- pompe diminue le volume du carter et la compression dans cet espace est d’autant plus marquĂ©e que le volume du cylindre-pompe est important par rapport Ă  celui du carter.

Moteur Ă  2 temps polycylindres

Les moteurs Ă  2 temps peuvent avoir plusieurs cylindres. Les solutions que l’on rencontre le plus souvent sont les moteurs Ă  deux cylindres opposĂ©s et horizontaux (Flat-twin) et ceux Ă  deux cylindres jumelĂ©s, mais il existe Ă©galement des moteurs 2 temps Ă  3 cylindres placĂ©s cĂŽte Ă  cĂŽte (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 trÚs 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.

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Moteur à deux cylindres placés cÎte à cÎte

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

Moteur Ă  trois cylindres en ligne

La rĂ©gularitĂ© cyclique de ce type de moteur (trois explosions par tour) est similaire Ă  celle d’un moteur Ă  6 cylindres en ligne.

Article Ă©crit par Alexandre Degrandcourt

Crédits photos : "Le Moteur à explosion", Marcel Menardon, Editions Chotard et Associés

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