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RÉSUMÉ
Le moteur 2 temps léger est utilisé dans les outils portables de jardinage, les 2-roues, les hors-bords marins et l’aviation légère. Par rapport à son homologue 4 temps, sa fréquence de combustion double lui offre des avantages inhérents de poids, compacité et puissance spécifique. Cet article montre aussi comment le moteur 2 temps à carburateur a évolué vers une nouvelle génération de moteurs 2 temps à injection directe de carburant pour fortement réduire ses émissions polluantes et améliorer son rendement. Le futur moteur 2 temps léger doit poursuivre son évolution vers un fonctionnement sans émissions polluantes et neutre en carbone pour répondre aux défis essentiels de l’urgence climatique.
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Pierre DURET : Président, DI2S Consulting & Training, Sartrouville, France - Professeur affilié, IFP School
INTRODUCTION
Le moteur 2 temps a été inventé en 1881 par l'Anglais Dugald Clerk. La version plus actuelle de ce type de moteur, dite à « carter pompe » et à lumières, a été conçue dix ans plus tard par un autre Anglais Joseph Day.
Le moteur 2 temps a jusqu'à présent été utilisé pour des applications permettant de bénéficier de sa puissance spécifique plus élevée que celle du moteur 4 temps.
Cet article est consacré aux domaines des moteurs 2 temps dit « légers ». Il s'agit des applications nécessitant des moteurs compacts et légers, et à allumage commandé (utilisant donc des carburants de type essence) : depuis les tous petits moteurs de modélisme (à partir de 2 cm3 de cylindrée), en passant par les petits groupes électrogènes, les outils portables (tronçonneuses, débroussailleuses…), les 2 et 3 roues, les scooters de neige, les moteurs hors-bord marins (qui peuvent atteindre des cylindrées de taille automobile).
Durant les années 1990, une nouvelle génération de moteurs 2 temps à injection directe essence a été développée et a satisfait progressivement à des exigences environnementales croissantes en termes de réduction des émissions de polluants. Des progrès associés significatifs en termes de rendement en ont aussi résulté.
En 2021, le moteur 2 temps léger de nouvelle génération reste donc majoritairement présent sur des marchés où ses avantages sont indéniables face à son concurrent 4 temps comme celui des outils portables, des scooters de neige, des drones tactiques. Il est également majoritairement présent dans l’autre extrémité de la gamme des moteurs thermiques, celle des moteurs lourds et en particulier des gros moteurs 2 temps marins, qui n’est pas traitée dans cet article et qui fait l’objet d’articles complémentaires « Moteur 2 temps lourd – Domaines d’application et caractères spécifiques structurels » [BM 2 653]et « Moteur 2 temps lourd – Caractères spécifiques des systèmes auxiliaires » [BM 2 654].
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2. Caractères spécifiques et avantages de principe du moteur 2 temps
2.1 Mode de transvasement des gaz spécifique
2.1.1 Principe du cycle 2 temps
Le cycle à 2 temps permet en seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, d'assurer les même quatre opérations que dans un moteur 4 temps :
1. admission,
2. compression,
3. combustion et détente,
4. échappement.
Dans le cas du moteur 2 temps léger, on peut ainsi décrire le cycle de la façon suivante illustrée par la figure 5.
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Combustion et détente : si l'on prend comme point de départ la position du piston au Point Mort Haut (PMH) après l'allumage (par la bougie) de la charge de mélange air et carburant enfermée et le début de la combustion qui se propage dans la chambre de combustion, le piston descend en comprimant en même temps le mélange frais, admis pour le cycle suivant et présent dans le carter qui fait office de pompe, sous le piston.
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Échappement des gaz brûlés, admission des gaz frais dans le cylindre et balayage : bien avant d'arriver au Point Mort Bas (PMB), le déplacement du piston découvre d'abord des ouvertures dans le cylindre qu’on appelle les lumières d'échappement. La pression dans le cylindre chute avec l'évacuation des gaz brûlés. Le piston poursuit sa course vers le PMB et sa compression simultanée du carter pompe. Il découvre ensuite d’autres ouvertures dans le cylindre qui permettent l’admission des gaz frais transférés du carter pompe dans le cylindre, d'où l'appellation « lumières de transfert ». Les gaz frais qui pénètrent ainsi dans le cylindre contribuent à aider à la poursuite de l'échappement des gaz brûlés. On appelle ce processus le balayage (des gaz brûlés par les gaz frais). Toutefois, il est aussi inévitable (puisque les lumières d'admission et échappement sont ouvertes simultanément au voisinage du PMB) qu'une grande partie des gaz frais admis soit directement court-circuitée dans l'échappement sans participer à la combustion. C’est l’un des deux très gros défauts...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLAIR (G.P.) - The Basic Design of Two-Stroke Engines. - SAE R-104 (1990).
-
(2) - HEYWOOD (J.B.), SHER (E.) - The Two-Stroke Cycle Engine : Its Development, Operation, and Design. - Published by Taylor & Francis (1999).
-
(3) - ISHIBASHI (Y.), TSUSHIMA (Y.) - A Trial for Stabilizing Combustion in Two-Stroke Engines at Part Throttle Operation. - In Duret P, A New Generation of Two-Stroke Engines for the Future ?, IFP International Seminar, France, Editions Technip (1993).
-
(4) - DURET (P.), ÉCOMARD (A.), AUDINET (M.) - A New Two-Stroke Engine with Compressed Air Assisted Fuel Injection for High Efficiency Low Emissions Application. - SAE Paper 880176.
-
(5) - DURET (P.), MOREAU (J.-F.) - Reduction of Pollutant Emissions of the IAPAC Two-Stroke Engine with Compressed Air Assisted Fuel Injection. - SAE Paper 900801.
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Outils portables :
Stihl : 2-MIX technology https://www.stihl.com/2-mix-technology-economical-and-with-good-lugging-power.aspx
2 roues :
KTM : 2 temps TPI (injection semi-directe dans les transferts) https://www.ktm.com/fr-fr/models/mx/2-temps/ktm-250-sx-2023.html
Husqvarna : 2 temps TPI https://www.husqvarna-motorcycles.com/fr-fr/models/enduro/2-temps/te-300i-rockstaredition2022.html
Hors-bord :
Mercury Marine : 200 Jet USA (injection directe Optimax – Orbital) https://www.mercurymarine.com/en/us/engines/outboard/jet/200-hp/
Evinrude E-TEC G2 (commercialisation arrêtée en 2020) https://www.evinrude.com/fr-FR/e-tec-g2.html
Scooters de neige :
BRP : ski-doo Rotax 850 E-TEC Turbo https://www.ski-doo.com/us/en/ski-doo-feeling/technologies/rotax-engines/850-etec-turbo.html
Articcat :...
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