Moteur à deux temps

Figure 1. Moteur à combustion interne à deux temps

Comme son nom l’indique, le moteur à deux temps ne nécessite que deux mouvements de piston (un cycle) pour produire de la puissance. Le moteur est capable de produire de la puissance après un cycle parce que l’échappement et l’admission du gaz se produisent simultanément, comme on le voit sur la figure 1. Il existe une soupape pour la course d’admission qui s’ouvre et se ferme en raison des changements de pression. En outre, en raison de son contact fréquent avec les composants mobiles, le carburant est mélangé à de l’huile pour ajouter de la lubrification, ce qui permet des courses plus douces.

Dans l’ensemble, un moteur à deux temps contient deux processus :

1. Course de compression : L’orifice d’admission s’ouvre, le mélange air-carburant entre dans la chambre et le piston se déplace vers le haut en comprimant ce mélange. Une bougie d’allumage enflamme le carburant comprimé et commence la course motrice.
2. Course motrice : Le gaz chauffé exerce une forte pression sur le piston, le piston se déplace vers le bas (détente), la chaleur résiduelle est évacuée.

Le rendement thermique de ces moteurs à essence varie selon le modèle et la conception du véhicule. Cependant, en général, les moteurs à essence convertissent 20 % de l’énergie (chimique) du carburant en énergie mécanique – dont seulement 15 % seront utilisés pour faire bouger les roues (le reste est perdu par la friction et d’autres éléments mécaniques).

Par rapport aux moteurs à quatre temps, les moteurs à deux temps sont plus légers, plus efficaces, ont la capacité d’utiliser un carburant de qualité inférieure et sont plus rentables. Par conséquent, les moteurs plus légers se traduisent par un rapport puissance/poids plus élevé (plus de puissance pour moins de poids). Cependant, ils n’ont pas la maniabilité des moteurs à quatre temps et nécessitent davantage de lubrification. Cela rend les moteurs à deux temps idéaux pour les navires (qui doivent transporter beaucoup de marchandises), les motos et les tondeuses à gazon – alors qu’un moteur à quatre temps serait idéal pour les automobiles comme les voitures et les camions.

Le cycle d’Otto

Figure 2. Cycle d’otto réel pour un moteur à deux temps.

Figure 3. Le cycle d’otto idéal pour un moteur à essence.

Le diagramme pression volume (diagramme PV) qui modélise les changements que subit le mélange carburant-air en pression et en volume dans tout moteur à essence s’appelle le cycle d’Otto. Ces changements vont créer de la chaleur, et utiliser cette chaleur pour déplacer le véhicule ou la machine (d’où la raison pour laquelle c’est un type de moteur thermique). Le cycle d’Otto est illustré à la figure 2 (cycle d’Otto réel) et à la figure 3 (cycle d’Otto idéal). Le composant de tout moteur qui utilise ce cycle sera doté d’un piston pour modifier le volume et la pression du mélange air-carburant (comme le montre la figure 1). Le piston acquiert un mouvement à partir de la combustion du carburant (où cela se produit est expliqué ci-dessous), et un coup de pouce électrique au démarrage du moteur.

Ce qui suit décrit ce qui se produit au cours de chaque étape sur le diagramme PV, dans lequel la combustion du fluide de travail – essence et air (oxygène), et parfois l’électricité, modifie le mouvement dans le piston:

Cycle idéal – ligne verte : Appelée phase d’admission, un moteur à deux temps ne passe pas par cette phase. En effet, les moteurs à quatre temps commencent avec le piston tiré vers le haut, il doit donc être tiré vers le bas pour aspirer le mélange air-carburant. Cependant, un moteur à deux temps peut procéder à l’admission du mélange air-carburant tout de suite, comme on le voit dans le Processus 1 à 2.

Processus 1 à 2 : Pendant cette phase, l’orifice d’admission s’ouvre, et le piston sera tiré vers le haut, de sorte qu’il peut comprimer le mélange air-carburant qui est entré dans la chambre. La compression entraîne une légère augmentation de la pression et de la température du mélange, mais aucun échange de chaleur n’a lieu. En termes de thermodynamique, on parle d’un processus adiabatique. Lorsque le cycle atteint le point 2, c’est le moment où le carburant est rencontré par la bougie pour être allumé.

Processus 2 à 3 : C’est là que la combustion se produit en raison de l’allumage du carburant par la bougie d’allumage. La combustion du gaz est complète au point 3, ce qui donne une chambre hautement pressurisée qui a beaucoup de chaleur (énergie thermique). En termes de thermodynamique, on parle de processus isochore.

Processus 3 à 4 : L’énergie thermique présente dans la chambre suite à la combustion est utilisée pour effectuer un travail sur le piston – ce qui pousse le piston vers le bas – augmentant le volume de la chambre. Ce processus est également connu sous le nom de  » power stoke « , car c’est à ce moment-là que l’énergie thermique est transformée en mouvement pour propulser la machine ou le véhicule.

La ligne violette (processus 4 à 1) : Du processus 4 à 1, toute la chaleur perdue est expulsée de la chambre du moteur. Lorsque la chaleur quitte le gaz, les molécules perdent de l’énergie cinétique, ce qui provoque la diminution de la pression. Cependant, il n’y a pas de phase d’échappement dans un moteur à deux temps, donc le cycle recommence (1 à 2) en permettant la compression d’un nouveau mélange de carburant et d’air.

Pour en savoir plus

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