LE 2 TEMPS
AUJOURD'HUI
 


- A l'heure de l'écologie, l'injection directe est incontournable



Pour découvrir votre moteur préféré, baladez votre souris sur les images ci-dessous!



Le défi du 21e siècle!

La firme Orbital en Australie construit ce groupe à 3 cylindres de 1200 cm3 et 90 chevaux.

Il est équipé de l'injection directe et satisfait aux normes actuelles de dépollution.

4 temps

Diesel
Wankel

   


2010: Il y a de nouveau......

Il y a de nouveau que ce qui a été oublié, selon la citation rendue célèbre par "La Vie de l'Auto".
Lorsque nous apprenons que la fondation de Bill Gates vient d'investir plus de vingt millions de dollars dans un concept de moteur deux-temps révolutionnaire, notre enthousiasme se mèle à la curiosité. Quel est donc ce moteur capable de mobiliser un tel intérêt en cette période peu propice aux "consommateurs de pétrole" ?



Il s'agit du produit de la firme EcoMotors basé à Troy, Michigan. Ce moteur, désigné par OPOC, pour Opposite Piston Opposed Cylinder, fonctionne selon le cycle à deux temps.

Nous trouvons deux pistons montés tête-bèche dans chacun des deux cylindres. Les pistons intérieurs sont reliés au vilebrequin par une bielle courte alors que les pistons extérieurs disposent d'une paire de bielles longues sollicitées en traction.
Le mouvement antagoniste des pistons dans le cylindre procure une chambre de combustion centrale, à partir de laquelle les pistons sont repoussés chacun de leur côté.

Les arguments en faveur par rapport à un propulseur quatre temps conventionnel, selon EcoMotors:
- 50 % de pièces constitutives en moins
- 50 % de gain sur le rendement énergétique
- Sa construction révolutionnaire et innovatrice permet de se passer de culasse et de l'entraînement des soupapes.
- Applicable dans tous les domaines, de l'automobile à l'aéronautique en passant par l'agriculture

Plus d'informations sur: http://www.ecomotors.com



Que le lecteur nous permette ici un bref coup d'oeil vers le passé.
Dès 1930 en effet, les constructeurs Junker et CLM produisaient en série des moteurs à pistons opposés à cycle Diesel en deux-temps pour des applications ferroviaires et aéronautiques.



Moteur CLM Diesel à deux cylindres

La précompression   est obtenue au moyen d'un piston spécial de balayage accouplé au piston supérieur de chaque cylindre. Dans les moteurs Junker de grosse cylindrée fonctionnant avec des injecteurs d'essence, la précompression est obtenue au moyen d'un compresseur.
Les pistons opposés permettent de réaliser une excellente distribution. Le piston supérieur découvre les lumières d'admission et le piston inférieur les lumières d'échappement.
Ce dernier est en avance de 12 à 15 degrés sur le piston supérieur. La lumière d'échappement s'ouvre d'abord puis l'ouverture de l'admission provoque le balayage du cylindre. L'échappement se ferme alors et le remplissage s'effectue encore jusqu'à la fermeture de l'admission. Le rapprochement des deux pistons provoque ensuite la compression finale.
Dans les moteurs de véhicule, chaque piston supérieur est accouplé au vilebrequin par deux grandes bielles (comme moteur OPOC, ndlr).
Le vilebrequin comporte donc trois manetons par cylindre.
Dans les moteurs d'aviation, il y a un vilebrequin à chaque extrémité du bloc-cylindre. Ces deux vilebrequins sont reliés par un train d'engrenages silencieux.



Mais 1930, pour certains d'entre nous, c'était hier ....

Reculons encore de 89 ans pour constater que c'est en 1841 (mille huit-cent quarante et un!) que l'ingénieur suisse J.G. Bodmer déposa un brevet pour la construction d'une machine à vapeur comportant deux pistons antagonistes dans le même cylindre.
L'atout invoqué alors était un parfait équilibrage des masses en mouvement, qui n'imposait pas de vibrations destructrices au moteur et à sa fondation.
Deux locomotives licence Bodmer furent produites en 1844 pour les chemins de fer de Grande Bretagne.

Admettons alors, au vu de l'ancienneté de ses prédécesseurs, que le moteur OPOC mérite le qualificatif de révolutionnaire et innovateur!



2010: Le deux-temps fait feu de tout bois.

Il n'est de secret pour personne que l'avenir du moteur à combustion interne passe par une utilisation la plus efficiente possible de l'énergie contenue dans le carburant, associée à une diminution de la charge environnementale sous forme d'émissions gazeuses nocives, mais aussi de simple dioxyde de carbone CO2.
A ce titre, un moteur multi-carburants présente de bons atouts, en termes de diversification des ressources énergétiques et d'une moindre dépendance aux produits pétroliers.
Or, le fait qu'un moteur "supporte" l'usage de différents carburants, soit de base pétrolière ou alcoolisée, ne signifie pas pour autant que son rendement énergétique soit optimal dans tous les cas.
Voyez s'il vous plaît à ce sujet: Le deux-temps et les bio-carburants.

Un nouveau challenge est à mettre sur le compte de la firme Lotus, bien connue pour ses voitures de sport et de course.
Dans un pays, la Grande-Bretagne, qui n'est pas historiquement un bastion du moteur deux-temps, les ingénieurs de Lotus Engineering ont balayé les préjugés et travaillent présentement sur un moteur expérimental révolutionnaire, soit un deux-temps multicarburant à compression variable et injection directe.

J'ai nommé le concept OMNIVORE.

Certes, cette construction s'éloigne de la simplicité légendaire du deux-temps avec ses trois pièces mobiles, mais le moteur qui fournit une explosion à chaque tour de vilebrequin fait toujours rêver les ingénieurs, à juste titre d'ailleurs!

En l'état expérimental actuel, l'Omnivore est construit sur un carter fermé, où l'embiellage est lubrifié par circulation d'huile.
Le remplissage d'air du cylindre s'effectue à l'aide d'un compresseur auxiliaire.
Une valve à la lumière d'échappement permet d'adapter la hauteur de cette dernière, donc le diagramme d'échappement. Mais contrairement aux valves montées sur les moteurs japonais à partir des années '80 (YPVS et autres), le système Lotus est construit sur une commande synchrone de la valve avec la rotation du moteur. Donc la vanne est en mouvement continu lors de la rotation du vilebrequin.

Souvenez-vous des études de Honda dans le domaine de l'auto-combustion homogène: Au tournant du siècle, une moto expérimentale nommée EXP-2 a été lancée au Paris-Dakar en catégorie "expérimentale". Le monocylindre deux-temps de 400cc fonctionnant selon le processus "Activated Radical Combustion" s'en tira fort honorablement à la 5ème place au général et première place en catégorie inférieure à 500cc.
Ces résultats convaincants ont alors conduit au développement du scooter Pantheon 125cc deux-temps.

Mettons alors en parallèle le processus "Activated Radical Combustion" de Honda avec le "Homogenous charge compression ignition" HCCI de Lotus.
En effet, l'approche technique est identique. Il s'agit de provoquer un auto-allumage du mélange non homogène contenu dans le cylindre dans le but d'enflammer en toute situation la totalité du carburant.
On sait que le deux-temps traditionnel fonctionne mal à faible charge à cause d'un balayage insuffisant des gaz brûlés présents dans le cylindre. Il s'ensuit que la combustion ne se fait "proprement" qu'une fois tous les 2 à 4 tours moteurs, soit après plusieurs cycles de balayage.
Ce que l'on appelle communément la marche en quatre temps génère de grandes quantités de gaz imbrûlés sous forme de CO et de HC.

Pour obtenir la marche en auto-allumage contrôlé, il convient de garder dans le cylindre une quantité précise de gaz brûlés afin d'y maintenir une haute température et haute pression même en situation de faible charge.

L'allumage spontané devra cependant se produire à un instant précis dans le cycle du moteur, comparable à l'avance à l'allumage donnée par une bougie. Seule une gestion électronique rigoureuse des paramètres de pression et température dans le cylindre est à même de garantir un fonctionnement stable sans étincelle d'allumage.

Mécaniquement, c'est au système de rapport volumétrique variable et à la valve d'échappement qu'incombent les réglages de pression et température dans le cylindre.
En fait, cet élément s'appelle chez Lotus "charge trapping valve", ce que l'on pourrait traduire par: valve de rétention des gaz.

Contrairement au moteur Honda qui fonctionnait uniquement à l'essence, l'Omnivore tire parti des propriétés de différents carburants (flex-fuel) grâce à son rapport volumétrique variable. Ce dernier est obtenu par un contre-piston mobile placé dans la culasse.
Le mouvement du contre-piston est assuré par un moteur électrique associé à une commande à double excentrique, en fonction de la charge instantanée, du régime moteur, ainsi que du type de carburant utilisé.
Le contre-piston, refroidi par eau, supporte la bougie d'allumage. Ce sont de simples segments, du côté chaud ainsi qu'un joint torique, du côté froid, qui assurent l'étanchéité autour du contre-piston.

Du fait de l'absence de soupapes, le contre-piston peut s'approcher à faible distance du piston, ce qui permet d'obtenir un rapport volumétrique maximum de 40:1. (image de droite ci-dessus)

La conception du cylindre borgne avec sa culasse élimine plusieurs opérations d'usinage et augmente la fiablité par suppression du joint de culasse. En outre, l'absence des goujons de culasse implique également la disparition de distorsions dans la partie haute du cylindre, au bénéfice de la géométrie de l'ensemble.
Ces avantages sont connus de longue date sur les moteurs Panhard par exemple, ce qui mène à dire que l'histoire est un perpétuel recommencement!

L'alimentation du moteur Omnivore est assurée par une injection Orbital FlexDI qui permet une atomisation très fine de différents carburants.
Comme à l'accoutumée avec le système Orbital, le carburant est injecté dans le cylindre sous forme de mélange avec de l'air sous pression de 6 bar.
Ce système garantit une combustion optimale de la totalité du carburant, facilite le départ à froid et surtout ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de l'auto-combustion homogène (HCCI).
En effet, le moteur Omnivore fonctionne sur une large plage de régimes et de charge sans étincelle d'allumage à la bougie!

En résumé, le concept développé chez Lotus ouvre de nouvelles voies d'investigation sur le moteur du futur. Actuellement au stade expérimental de monocylindre, il nous tarde d'apprécier le comportement de l'Omnivore dans la vraie vie, soit comme propulseur de véhicule. Ce n'est en effet qu'à ce moment là que pourront être évalués les atouts de ce deux-temps, en terme de rapport poids/puissance et de prix de revient.

 


Caractéristiques techniques:

Alésage x course

86 x 86 mm

Rapport volumétrique

Variable de 10:1 à 40:1

Cylindrée:

499.6 ccm

Balayage

Schnürle par 5 transferts. Alimentation d'air avec compresseur auxiliaire

Echappement

Par lumière munie d'une valve synchrone.

Injection carburant

Orbital FlexDI assistée par pression d'air

Refroidissement

Par eau. Pompe électrique.

Lubrification

Carter avec circuit d'huile sous pression. Vilebrequin à paliers lisses. Pompe électrique.

Piston équipé de deux segments de compression en partie haute et d'un segment racleur en partie basse


Plus d'informations, ainsi que des vidéos très explicites sur le site: http://www.grouplotus.com/



 

2006: Le deux-temps est bien vivant, et "propre" de surcroît!
Evinrude et son moteur E-TEC a atteint ce qui semblait une gageure:
Sauver le deux-temps de la désaffection.

Le durcissement des normes antipollution semblaient sonner le glas de la technologie deux-temps dans le domaine des moteurs de loisirs. Apparemment, chez Evinrude, le message n'est pas passé ainsi. Grâce à l'usage d'une bobine de Lorentz pour piloter le système d'injection, on obtient un brouillard de carburant très fin au ralenti, ainsi que des gouttes d'essence de plus grande taille sous forte charges, ce qui bénéficie au refroidissement du piston.
Un alliage spécial développé par la NASA est utilisé pour la fabrication de ce piston. Il résiste dès lors à des contraintes thermiques 3 fois plus importantes qu'un piston standard.
Un point faible historique du deux-temps est ainsi écarté.
Evinrude promet que le nouveau moteur E-TEC démarre au quart de tour même après une période d'arrêt prolongé.

Il y a environ 10 ans, Mr Goulart de chez Chrysler vantait les atouts du moteur deux-temps comme propulseur dans l'automobile. Toutefois, sa prédiction ne parvint pas à se concrétiser, faute d'acceptation par l'EPA. ( Environmental Protection Agency ).
Le deux-temps dans l'automobile fut alors mis à l'écart. Mais les normes antipollution firent la vie dure aux deux-temps de loisirs également. Nous entendons par-là les moteurs hors-bord, luges à moteur, etc…
Après plusieurs années de laisser-aller, l'EPA imposa des normes très strictes qui mirent en doute la possibilité d'une adaptation pour le deux-temps. Heureusement, cela ne sema pas le doute chez Mr G. Broughton, directeur de l'ingénierie chez Bombardier Recreational products. Lui et son équipe mirent au point la famille de moteurs E-TEC à deux-temps, des propulseurs extrêmement propres et ne causant aucun souci d'utilisation.

L'injection d'essence qui chante.
Le défi était de produire un moteur qui produit 1 ch. au régime de ralenti de 500 t/min et atteint 250 ch. à 6000 t/min tout en respectant les limites d'émission imposées.
Une des astuces est de faire appel pour l'injection à une bobine de Lorentz. Cet élément est mieux connu comme actuateur de haut-parleur en sono. Une bobine de Lorentz est constituée d'un aimant permanent et d'un bobinage inductif. Elle produit une force d'attraction proportionnelle au courant qui traverse le bobinage.
Cette particularité la rend très appropriée pour des applications nécessitant de fortes accélérations, de hautes fréquences de travail et une caractéristique force-déplacement linéaire.
Un autre avantage substantiel est sa capacité d'exercer aussi bien une force de traction que de pression, ce qui lui permet de revenir rapidement à sa positon de repos entre les phases d'injection.

La force et la durée du processus d'injection déterminent la taille des gouttes d'essence, dit Mr. Broughton. Cela est essentiel pour s'adapter aux besoins très spécifiques d'un deux-temps refroidi par air.
Aux faibles régimes de rotation, des gouttes microscopiques permettent la meilleure homogénéisation du mélange. Le jet est dirigé vers la bougie d'allumage, qui provoque une combustion stratifiée vers les couches plus pauvres.
A haut régime, la taille des gouttes d'essence est augmentée de façon à assurer un refroidissement suffisant de la calotte du piston.


Notons au passage que la résistance du piston aux températures extrêmes est améliorée d'un facteur 3 par l'usage d'un alliage spécial développé par la NASA. L'équipe de développement a découvert cet alliage grâce à des recherches sur Internet!
Un autre élément primordial est l'injecteur d'essence à buse à tourbillonnement. Celle ci comporte des fentes tangentielles de largeur 1.16 mm. Ces pièces sont fabriquées par moulage sous pression et ont à l'origine une taille 3 à 4 fois supérieure à ce qui est recherché. Puis elles sont rétractées dans un four comme une paire de jeans neuve dans le séchoir!
Le canal d'alimentation d'essence est pressurisé à 2.1 bar, et la bobine de Lorentz amplifie cette pression jusqu'à 42 bar sous fortes charges de moteur. ( 70 bar seraient possibles, mais cela n'est actuellement pas nécessaire. )

Pas de batterie, mais une étincelle vigoureuse!
Le système électrique du moteur E-TEC est constitué d'une magnéto - comme l'étaient les Ford T - pour la simple raison suivante: Les moteurs de loisirs sont stockés à chaque fin de saison, puis sortis dès que le climat redevient favorable. Les batteries se détériorent pendant la période d'inactivité. Si la batterie a alors la mission d'alimenter le système de gestion du moteur, les déceptions sont programmées.
La magnéto est capable de produire 150 à 300 Volt, dit Mr Broughton, mais cette tension est réduite à 55 Volt pour alimenter les pompes à essence et huile ainsi que les injecteurs. Elle est en outre réglée à 14.7 Volt pour charger la batterie, si le bateau en possède une.
Evinrude garantit que le moteur démarre au quart de tour, ce que certains propriétaires de hors-bord deux-temps peuvent mettre en doute, spécialement si le moteur a été stocké plusieurs mois. La clé se trouve dans le système d'alimentation scellé.
Bien que de l'air soit présent dans le réservoir d'essence, cet air ne peut pénétrer dans le système d'injection lui-même. Le carburant n'est pas oxydé. Lorsque le volant magnétique se met à tourner, la magnéto alimente immédiatement la gestion moteur en électricité. Celle-ci analyse d'après la position du piston l'instant voulu pour l'injection et l'allumage, tout cela en 1 tour de vilebrequin.
Après 3 ans d'utilisation, excepté le graissage de la partie de transmission immergée dans l'eau, le seul élément du moteur qui requière attention est la bougie.
Le moteur E-TEC est construit de façon à fonctionner sans aucun service sur des périodes de 3 ans, dit Mr Broughton.

Huile et catalyseur
Mais lorsque les normes se feront encore plus sévères, le deux-temps ne sera-t-il pas désavantagé par le fait qu'il brûle une partie de l'huile de graissage?
L'huile n'est pas un élément déterminant, dit Mr Broughton, car la l'huile ne représente que 1% de la charge du cylindre, et ne se mélange en principe pas avec l'essence.
( Ceci est rendu possible par l'injection séparée de l'huile ainsi que par les progrès réalisés par les lubrifiants synthétiques. Ndla )
Les hydrocarbures sont la principale source de pollution. Une partie de ceux-ci est recyclée naturellement dans la chambre de combustion et se consume lors de la combustion suivante.
Lorsque les contraintes l'exigeront, Mr Broughton sera prêt à réagir avec un simple catalyseur à réduction, technique de 1970 !
Dans l'état actuel, le moteur répond aux standards très élevés de Californie 2008.

Mr Broughton ne prétend pas que la technologie E-TEC ait pu sauver le deux-temps dans l'automobile, mais il assure que l'obsession des ingénieurs de Detroit à vouloir supprimer le graissage tel qu'on le connaît sur le deux-temps est une fausse piste.
En effet, un graissage "à la 4 temps" faisant appel à un carter, une pompe, des segments racleurs et des paliers lisses a pour effet d'augmenter dans la durée la quantité d'huile consommée, ce qui naturellement est préjudiciable au résultat final.
Cela peut être une raison pour laquelle les émissions des deux-temps ainsi lubrifiés se dégradaient avec le temps.
L'E-TEC en revanche devenait toujours plus propre à mesure qu'il progressait dans les tests EPA, dit-il.
Enfin, nous n'avons pas à nous préoccuper de la source secondaire de pollution qui intervient lors des vidanges d'huile, avec à la clé une élimination inappropriée du lubrifiant usagé.
Ce dernier point est plus difficile à faire admettre lorsque vous parlez pollution avec les instances en place!

Article de presse original paru chez: http://www.autofieldguide.com reproduit avec autorisation de Mr. Sawyer.

2006: Le 4 temps s'emmêle les soupapes!
A la lumière (d'échappement) de deux exemples:

Premier exemple: Si les soupapes restaient fermées...

Une marque nippone historiquement rétive au deux-temps, quoique ses NSR aient laissé de cuisants souvenirs, vient de dévoiler son nouveau modèle hybride à quatre roues.
Si vous la rencontrez, sachez qu'elle est joliment nommée IMA, pour Integrated Motor Assist.

En quelques mots, un moteur thermique 4 temps 70kW se trouve en prise directe avec un moteur-générateur électrique 15 kW, l'ensemble agissant sur une transmission CVT.
Selon les conditions du moment, un seul moteur à choix, ou les deux ensemble, entraînent la voiture. En fait, ce choix est laissé à la centrale de gestion électronique!

Jusque là, rien de très spectaculaire, direz-vous, si ce n'est qu'en propulsion purement électrique à faible vitesse, le moteur thermique (inerte) est entraîné par son homologue électrique. Comme utilisation de l'énergie, on peut rêver à mieux!
Chacun le sait, le moteur 4 temps ne se laisse entraîner qu'au prix d'une forte dépense d'énergie. C'est le fameux effet de "frein moteur".
Or, ce que les ingénieurs nippons ont découvert, c'est que leur moteur tournait plus librement si...... les soupapes restaient fermées!

Le moteur-générateur électrique dispose alors de plus d'énergie pour faire avancer la voiture, ou à contrario, récupère plus d'énergie pour recharger les batteries lors des descentes ou ralentissements.


Résistance du moteur entraîné
( frein-moteur )

en haut: Avec soupapes activées
en bas: Avec soupapes fermées


Source: Automobil-revue


Conclusion: Alors que les amateurs de 4 temps n'eurent de cesse de critiquer l'absence de frein-moteur du 2 temps, voilà ce dernier idéalement placé pour une application hybride du type cité ci-dessus. Grâce à la transmission CVT, il pourrait travailler à son régime idéal, auquel le rendement et les émissions sont optimales.
En retenue, l'énergie cinétique serait valorisée intégralement par le générateur électrique.
Mais peut-être serait-ce ... trop simple?

Deuxième exemple: Si les soupapes s'ouvraient simultanément ...

On doit au très respectable et non moins sérieux institut de recherches britannique Ricardo le premier moteur qui peut fonctionner aussi bien en deux temps qu'en quatre temps.
C'est là aussi un ballet de soupapes géré électroniquement qui permet cet artifice.
Ainsi, pour la marche en deux temps avec une explosion par tour, la soupape d'échappement s'ouvre à 100° après le PMH suivie par la soupape d'admission aux environs du PMB. Elles restent alors ouvertes simultanément pendant environ 90°. C'est la phase de balayage. Il s'ensuit la phase de compression sur 90° suivie de l'explosion.
Si vous n'avez pas suivi, ce n'est pas grave, jetez donc un coup d'oeil au dessin cinématique
Le dessin cinématique de la marche en quatre temps (classique) vous est ici épargné.
Ce moteur est pour l'instant sous forme de modèle informatique, c'est-à-dire qu'il n'a rejeté aucun polluant dans l'atmosphère, ce qui est tout à son honneur.
Le projet réel, grâce à un très important crédit d'étude, devrait voir le jour en 2006.
Pour en savoir plus, visitez le site www.ricardo.com, puis Search for :2/4sight


Conclusion: Ce moteur mettra-t-il tout le monde d'accord? Imaginez qu'un simple changement de puce électronique lui permette de fonctionner à choix en deux temps ou en quatre temps. Si c'est le cas, nous aurons enfin le deux-temps d'avenir, plus lourd, plus complexe et plus coûteux qu'un quatre-temps classique.


Quel est l'avenir du 2 temps? Des témoignages d'actualité!

Dès 2002, le deux-temps a été victime de plusieurs décisions malheureuses des pouvoirs sportifs.

Tout d'abord en moto GP, avec un règlement affligeant qui permettait d'aligner des 4 temps de 990 ccm face aux traditionnels 500 2 temps.
Laissons de côté cette discipline qui a succombé au pouvoir du marketing pour s'intéresser de plus près aux nouvelles applications du cycle à deux temps.

En karting: Le pari semblait difficile à relever puisque les nouveaux moteurs 4 temps disposent de 250 cc au lieu des 100 cc qui sont la règle depuis toujours dans cette discipline.
Toutefois, grâce à la ténacité de deux constructeurs qui ont mis sur pied des "challenges" financièrement abordables, on a assisté à un revirement spectaculaire!

C'est actuellement dans le domaine du moteur marin que le deux-temps nouvelle génération fait de nombreux adeptes, attachés à la légèreté et la puissance d'un moteur sans soupapes.
Il faut constater que son évolution est étroitement liée à la technologie d'injection directe mise au point par la firme australienne Orbital.

D'une façon tout-à-fait intéressante, on retrouve ces moteurs modernes aux deux extrêmes de la gamme de puissance, sur les scooters 50 cc aussi bien que dans les moteurs hors-bord de 250 chevaux !



Découvrez l'actualité deux-temps en cliquant l'une des images ci-dessous:

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