Bien que les principes restent les mêmes, 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 (échange des gaz d’échappement brûlés contre du mélange frais) et de la méthode d’échappement du cylindre.
L’orifice d’admission contrôlé par le piston
L’orifice d’admission contrôlé par le piston est la plus simple des conceptions et la plus courante dans les petits moteurs à deux temps. Toutes les fonctions sont contrôlées uniquement par le piston qui couvre et découvre les 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 découvert qu’en général, l’élargissement d’un orifice d’échappement augmente la puissance dans la même mesure que l’augmentation de l’orifice, mais que la bande de puissance ne se rétrécit pas comme elle le fait lorsque l’orifice est augmenté. Cependant, il existe une limite mécanique à la largeur d’un seul orifice d’échappement, à environ 62 % du diamètre de l’alésage pour une durée de vie raisonnable des segments. Au-delà de cette limite, les segments débordent dans l’orifice d’échappement et s’usent rapidement. Un maximum de 70% de la largeur de l’alésage est possible dans les moteurs de course, où les segments sont changés toutes les quelques courses. La durée d’admission est comprise entre 120 et 160°. La durée de l’orifice de transfert est fixée à un minimum de 26°. La forte impulsion à basse pression d’une chambre d’expansion à deux temps de course peut faire chuter la pression à -7 psi lorsque le piston est au point mort bas et que les orifices de transfert sont pratiquement ouverts. L’une des raisons de la consommation élevée de carburant des moteurs à deux temps est qu’une partie du mélange air-carburant pressurisé entrant est forcée de traverser le sommet du piston, où il a une action de refroidissement, et de sortir directement par le tuyau d’échappement. Une chambre d’expansion avec une forte impulsion inverse arrête ce flux sortant. Une différence fondamentale par rapport aux moteurs à quatre temps typiques est que le carter du moteur à deux temps est étanche et fait partie du processus d’induction dans les moteurs à essence et à bulbe chaud. Les moteurs diesel à deux temps ajoutent souvent une soufflante Roots ou une pompe à piston pour le balayage.
Soupape d’admission ReedModifier
La valve à anche est une forme simple mais très efficace de clapet anti-retour couramment monté dans la voie d’admission de l’orifice commandé par le piston. Elle permet une admission asymétrique de la charge de carburant, ce qui améliore la puissance et l’économie, tout en élargissant la bande de puissance. De telles soupapes sont largement utilisées dans les moteurs de motos, de VTT et de hors-bord marins.
Soupape d’admission rotativeModification
La voie d’admission est ouverte et fermée par un élément rotatif. Un type familier que l’on voit parfois sur les petites motos est un disque fendu fixé au vilebrequin, qui couvre et découvre une ouverture à l’extrémité du carter, permettant à la charge d’entrer pendant une partie du cycle (appelé soupape à disque).
Une autre forme de soupape d’admission rotative utilisée sur les moteurs à deux temps emploie deux éléments cylindriques avec des découpes appropriées disposées pour tourner l’une dans l’autre – le tuyau d’admission ayant un passage vers le carter uniquement lorsque les deux découpes coïncident. Le vilebrequin lui-même peut constituer l’un des éléments, comme dans la plupart des moteurs à bougie. Dans une autre version, le disque de vilebrequin est agencé pour être un ajustement à faible jeu dans le carter, et est muni d’une découpe qui s’aligne avec un passage d’admission dans la paroi du carter au moment approprié, comme dans les scooters à moteur Vespa.
L’avantage d’une soupape rotative est qu’elle permet au calage de l’admission du moteur à deux temps d’être asymétrique, ce qui n’est pas possible avec les moteurs de type piston-port. Le calage d’admission du moteur de type piston-port s’ouvre et se ferme avant et après le point mort haut au même angle de vilebrequin, ce qui le rend symétrique, alors que la soupape rotative permet de commencer l’ouverture et de la fermer plus tôt.
Les moteurs à soupape rotative peuvent être adaptés pour fournir de la puissance sur une plage de vitesse plus large ou une puissance plus élevée sur une plage de vitesse plus étroite qu’un moteur à piston-port ou à soupape à clapet. Lorsqu’une partie de la soupape rotative est une partie du carter lui-même, d’une importance particulière, aucune usure ne doit être autorisée.
Édition du balayage à flux croisé
Dans un moteur à flux croisé, les orifices de transfert et d’échappement se trouvent sur les 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 hors de l’orifice d’échappement. Le déflecteur augmente le poids du piston et la surface exposée, et le fait qu’il rende plus difficile le refroidissement du piston et l’obtention d’une forme efficace de la chambre de combustion est la raison pour laquelle cette conception a été largement supplantée par le balayage uniflux après les années 1960, en particulier pour les motos, mais pour les moteurs plus petits ou plus lents utilisant l’injection directe, le piston déflecteur peut encore être une approche acceptable.
Le balayage en boucleEdit
- Top dead center (TDC)
- Bottom dead center (BDC)
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 entre dans le cylindre. Le mélange carburant/air frappe la culasse, puis suit la courbure de la chambre de combustion, avant d’être dévié vers le bas.
Cela empêche non seulement le mélange carburant/air de sortir directement par 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 à flux transversal (ci-dessus).
Souvent appelé « Schnuerle » (ou « Schnürle ») loop scavenging d’après Adolf Schnürle, l’inventeur allemand d’une première forme au milieu des années 1920, il est devenu largement adopté dans ce pays au cours des années 1930 et s’est répandu plus loin après la Seconde Guerre mondiale.
Loop scavenging est le type le plus courant de transfert de mélange carburant/air utilisé sur les moteurs modernes à deux temps. Suzuki a été l’un des premiers constructeurs hors d’Europe à adopter les moteurs à deux temps à balayage en boucle. Cette caractéristique opérationnelle a été utilisée en conjonction avec l’échappement à chambre d’expansion développé par le fabricant allemand de motos, MZ, et Walter Kaaden.
Le balayage en boucle, les soupapes à disque et les chambres d’expansion ont fonctionné de manière très coordonnée pour augmenter considérablement la puissance des moteurs à deux temps, en particulier ceux des fabricants japonais Suzuki, Yamaha et Kawasaki. Suzuki et Yamaha ont connu le succès dans les courses de motos de Grand Prix dans les années 1960, en grande partie grâce à l’augmentation de puissance permise par le balayage en boucle.
Un avantage supplémentaire du balayage en boucle était que le piston pouvait être rendu presque plat ou légèrement bombé, ce qui permettait au piston d’être sensiblement plus léger et plus résistant, et par conséquent de tolérer des régimes moteur plus élevés. Le piston « à sommet plat » a également de meilleures propriétés thermiques et est moins sujet à un chauffage inégal, à l’expansion, au grippage du piston, aux changements dimensionnels et aux pertes de compression.
La SAAB a construit des moteurs trois cylindres de 750 et 850 cc basés sur une conception DKW qui s’est avérée raisonnablement réussie en employant la charge en boucle. La SAAB 92 originale avait un moteur à deux cylindres d’un rendement comparativement faible. À vitesse de croisière, le blocage de l’orifice d’échappement par les ondes réfléchies se produisait à une fréquence trop faible. L’utilisation du collecteur d’échappement asymétrique à trois orifices employé sur le moteur DKW identique améliorait la consommation de carburant.
Le moteur standard de 750 cc développait 36 à 42 ch, selon l’année modèle. La variante Monte Carlo Rally, 750-cc (avec un vilebrequin rempli pour une compression de base plus élevée), générait 65 ch. Une version de 850 cc était disponible dans la SAAB Sport de 1966 (un modèle de finition standard par rapport à la finition deluxe de la Monte Carlo).La compression de base comprend une partie du taux de compression global d’un moteur à deux temps.Des travaux publiés à la SAE en 2012 soulignent que le balayage en boucle est en toutes circonstances plus efficace que le balayage en croix.
Édition du scavenging Uniflow
- Top dead center (TDC)
- Bottom dead center (BDC)
Dans un moteur à flux unique, le mélange, ou « air de charge » dans le cas d’un diesel, entre à une extrémité du cylindre contrôlée par le piston et l’échappement sort à l’autre extrémité contrôlée par une soupape d’échappement ou un piston. Le flux de gaz de balayage est donc dans une seule direction, d’où le nom d’uniflux. La disposition à soupape est courante dans les moteurs à deux temps routiers, non routiers et stationnaires (Detroit Diesel), certains petits moteurs marins à deux temps (Gray Marine), certaines locomotives ferroviaires diesel à deux temps (Electro-Motive Diesel) et les gros moteurs marins à deux temps de propulsion principale (Wärtsilä). Les types à portage sont représentés par la conception à pistons opposés dans laquelle deux pistons se trouvent dans chaque cylindre, travaillant dans des directions opposées, comme sur le Junkers Jumo 205 et le Napier Deltic. Le modèle split-single, autrefois très populaire, fait partie de cette catégorie, étant en fait un uniflow plié. Avec un calage d’échappement à angle avancé, les moteurs uniflow peuvent être suralimentés avec une soufflante entraînée par le vilebrequin (piston ou Roots).
Moteur à piston étagéModification
Le piston de ce moteur est en forme de » chapeau » ; 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.
Ce système est encore partiellement dépendant de la lubrification par perte totale (pour la partie supérieure du piston), les autres parties étant lubrifiées en carter avec des avantages en termes de propreté et de fiabilité. Le poids du piston n’est qu’environ 20 % plus lourd que celui d’un piston balayé en boucle, car les épaisseurs de jupe peuvent être moindres.
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