Fonctionnement détaillé du moteur 2T

Voila un article qui va simplement vous permettre de gagner en connaissance. Encore une fois le sujet traité est long, on a essayé de l'illustrer au maximum mais ce n'est pas pour autant une raison de vous contenter des schémas, cela ne suffit pas. Nous nous sommes attelés ici à faire le descriptif complet du fonctionnement du moteur deux temps, tout ça est valable quelque soit la machine (mob, scooter, méca, tronçonneuse,...) du moment que le système d'admission est contrôlé soit pas le piston, soit par un ensemble de clapets. Même si vous vous estimez assez intelligents pour passer ce chapitre, prenez sur vous, pensez à vos chevilles et lisez! Autant pour votre propre méca-culture que pour déceler les erreurs éventuelles (après tout, on est comme vous, on n'a pas la science infuse). On cherche à peu tous à aller plus vite, pas mal de monde veulent se lancer dans la préparation alors qu'ils ne connaissent pas assez bien leurs bases, on ne modifie pas quelque chose que l'on ne connait pas. Sur ce, bonne lecture amis mobeurs!"

Fonctionnement du moteur à deux-temps

Wikischéma récapitulatif :

Le moteur deux temps, s'il parait simple dans sa conception (un bout d'alu à trou, un vilo, un carbu et un piston) ne l'est pas dans son fonctionnement. C'est un successions de phase toutes aussi importantes les unes que les autres, qui se chevauchent, s'entremêlent et qui, si l'utilisateur ne se montre pas assez sérieux et compétent, se transforment en une gros sac de nœuds inutilisables. Gardons en tête qu'à chaque tour de vilebrequin, une explosion à lieu. En un tour de vilebrequin, le moteur doit se remplir, déplacer les gaz, les compresser, mettre à feu, et se vider. A 9000tr/min, le moteur effectue 150 tours par secondes, soit un tour toutes les 6.7ms, inutile de précisez que si tout ça n'est pas régler au poil, tout est foutu par terre. Je vais détailler phase après phase, gardez en tête qu'elles se chevauchent toutes lorsque le moteur est en fonctionnement.

1) Phase d’admission dans les carters

Le piston ne sert pas qu'à compresser le mélange dans la chambre à combustion, c'est son mouvement, qui en fonction de la machine et des modifications effectué va créer le "mélange" au niveau du carburateur et le faire entrer dans les carters.
- Contrôlée par le piston On trouve ce type d'admission sur des moteurs style AV7 de chez MBK. Elle a petit à petit été abandonnée par les constructeurs, offrant moins d'atouts qu'une distribution par clapets. Son fonctionnement est des plus simple, le piston monte dans le cylindre (le mouvement sera amorcé par un kick, un démarreur, voir la poussette), créant une dépression dans les carters, les transferts étant bouchés par le pistons qui bloquent aussi la communication avec l'échappement et le conduit d'admission. Les carters sont donc isolés de l'extérieur et la montée du piston, qui augmente leur volume entraine une baisse de pression. Le piston continu sa montée et sa forme caractéristique ("creusé" côté conduit d'admission) va mettre en communication les carters avec l'extérieur, extérieur qui a été munie d'un carburateur. La différence de pression entre les deux milieux entraine un déplacement des gaz, l'air de l'extérieur est aspirée dans les carters et se charge en essence lors du passage dans le conduit du carburateur. Les carters sont maintenant pleins de ce que l'on va appeler la charge fraiche, soit des gaz chargés d'essence. Mais ce système à montrer ses limites, la lumières d'admission n'ayant pas une surface modulable, en la créant d'une surface trop faible, on limite la quantité de mélange admis et on bride la montée en régime, en la créant avec une surface importante, on ralenti la vitesse du flux de gaz entrant et donc la capacité d'admission à bas régime, réduisant la plage de puissance dans les hauts régimes. En créer donc un conduit d'admission comme entre-deux, limitant et la prise de tours et la capacité d'admission à bas régime.
- Contrôlée par des clapets Les clapets se trouvent au niveau des carters, ils se présentent sous forme d'une ou plusieurs lamelles, aujourd'hui en carbone ou en fibre de verre. Le piston, dans sa phase montante, ferme les lumières d'échappements et d'admission. Les carters se trouvent donc isolés de l'extérieur, la montée du piston y créée une dépression. Les clapets, qui sont en communication direct avec l'extérieur via le carburateur et les carters, réagit à la différence de pression entre les deux milieux en s'ouvrant. La dépression aspire l'air de l'extérieur dans les carters et le flux se charge en essence en passant dans le carburateur. Il faut bien évidement choisir la bonne épaisseur de lamelles, car des lamelles trop épaisses sont trop rigides pour s'ouvrir suffisamment à bas régime et des lamelles trop fines entre en résonance à haut régime, elles ne ferment alors qu'à moitié et ont vite fait d'être réduite en charpie! Il faut donc effectue des tests, s'informer et ne pas acheter des clapets pour leur marque. Ensuite il faut penser à la surface des clapets, rien ne sert de monter un super-bac-« killer-extra-top-perf-de-fou » composée de 18 lamelles si le diamètre de votre carburateur est de 15mm, vous perdrez vos sous pour rien. A l'inverse une surface de clapets trop faible agira comme une bride à haut régime. La distribution par clapets offre divers avantages, tout d'abord, ils s'ouvrent proportionnellement à la dépression dans les carters et à l'ouverture du boisseau du carburateur, et s'ouvrent durant une durée bien plus longue qu'avec une admission contrôlé par le piston.

L'apparition des clapets a été suivie de prêt par l'apparition d'un transfert arrière dans le cylindre, en face de l'échappement. Ce transfert, positionné sur l'axe bougie/clapets permet aux clapets d'anticiper leur ouverture en s'appuyant sur les ondes de résonances qui apparaissent lorsque toutes les lumières sont ouvertes.

2) Phase de transfert dans le cylindre

La phase d'admission terminée, le piston se trouve en haut de sa course et les carters sont emplis de gaz frais, chargé d'essence.
- La pré compression Le piston descend dans le cylindre sans déboucher les lumières d'admission, le volume des carters diminue et une surpression s'y créée, fermant directement les clapets, c'est la pré-compression. La pression au sein des carters continue à augmenter jusqu'à se que le piston, toujours en train de descendre, ouvre les lumières d'admission du cylindre. La pression va chercher à s'équilibrer entre la chambre à combustion et les carters, déplaçant ainsi les gaz jusqu'à présent contenus dans les carters dans le cylindre. Cette pré compression était jusqu'alors essentielle au remplissage du cylindre avant l'invention du pot de détente, où elle perd quelque peu de son utilité. La pré compression reste tout de même plus qu'utile, et on ne peut pas passer sur des choses comme ça lorsque l'on parle de préparation sur les petites cylindrées. Ainsi, un volume de carter trop important, qui inclue des zones "vides" de gaz (appelées volumes morts) va limiter la pré-compression et donc nuire bon remplissage du cylindre. A l'inverse un volume de carters trop faible, va limiter l'admission et même si le transfert sera très rapide et très efficace, la charge fraiche sera insuffisante pour induire une bonne combustion, ce qui va limiter la puissance.

- Le rôle du pot de détente durant la phase de transfert Le fonctionnement propre du pot de détente sera détaillé dans une prochaine partie. L'onde de dépression qui émerge du cône divergent du pot se propage dans le cylindre et à l'ouverture des lumières d'admission le remplissage du cylindre est d'autant plus rapide puisque la différence de pression entre cylindre et carters est d'autant plus forte. De plus, en fonctionnement sans pot de détente, une partie des gaz frais, donc non brulés ont tendance à directement s'échapper par le conduit d'échappement, ces gaz ne vont donc pas participer à la combustion, et on ne va pas totalement exploité la charge admise précédemment. En fonctionnement avec un pot de détente adapté, l'onde de contre-pression issue du cône convergent du pot va repousser ces gaz échappés dans le cylindre, d'où le gain énorme ressenti durant les tests après le montage d'un pot de détente. Cette phase de transfert débute dès l'ouverture des lumières d'admission et s'arrête à leur fermeture, même si le piston est déjà dans sa phase montante, en effet, un flux de gaz en mouvement ne s'arrête pas instantanément avec la rechute de la pression due à la montée du piston et en tenant compte de la vitesse de rotation d'un moteur, on estime que la phase de transfert se prolonge jusqu'à la fermeture des lumières.

3) Phase de compression et de combustion

- La compression Mais qu'est-ce-que la compression? C'est le fait de comprimé un certain volume de gaz dans un volume plus petit afin d'y augmenter fortement la pression afin d'exciter les molécules des gaz frais (vous en diriez quoi vous si l'on vous comprimait dans un espace 12 fois plus petit que votre corps, hein?). Cette excitation échauffe les gaz de telle manière qu'une seule étincelle permet la mise à feu, et on a fait mieux sur moteur diesel, cette mise à feu est automatique. Cette phase de compression débute dès le début de la remontée du piston, puisque comme dit précédemment, la phase de transfert continue jusqu'à la fermeture des lumières et que l'onde de contre pression du pot de détente est en place, ces deux phénomènes agissent comme des barrages. C'est justement pour cela que le taux de compression 4T est plus significatif que le taux de compression Japonais, chapitre qui sera traité en aval avec nos histoires de culasses "surcompressées". Une segmentation en pleine forme est de rigueur pour obtenir une bonne compression car forcément si fuite il y a, baisse de pression apparaitra.

- La combustion La bougie allume donc un mélange ultra compressé. Contrairement à ce que l'on peut croire, elle doit être progressive et continue pour dégager une poussée maximum. Pour imager, si l'on veut déplacer un rocher en le gardant intact, on ne le frappe pas de toute nos forces à la masse le seul effet obtenu sera la destruction du caillou, on le prend à bras le corps et on le pousse. Le piston c'est pareil, les coups de massue pourront être assimilés à la détonation (qui sera traité ensuite) et la poussée lente et puissante à une bonne combustion. Le moment de l'étincelle est particulièrement important. L'avance à l'allumage doit très bien choisie, trop tôt la combustion va s'opposer au mouvement du piston et on risque gros, trop tard, le piston emporté dans son élan ne subira qui infime poussée puisque déjà trop bas et le moteur ne prendra pas ses tours. On fixe comme valeur seuil 1.3mm avant le PMH (point mort haut, le piston est au maximum de sa course et il reste immobile un court instant), c'est à vous de faire varier l'avance de façon à trouver la valeur "parfaite". Il existe des allumages à avance variable qui est faible à bas régime et plus importante haut dans les tours, dont l'amplitude de l'avance varie en fonction du modèle d'allumage, tout ça coûte extrêmement cher malheureusement.

4) Phase d’échappement

- Fonctionnement de l'échappement à détente On ne peut traiter la phase d'échappement sans parler du fonctionnement du pot dit de détente. Je vais tenter de vous expliquer ça en image.

- Lumière d'échappement, largeur, hauteur, surface Pour obtenir une augmentation de puissance, nous devons augmenter le régime moteur, or, plus ce régime est élevé moins les gaz ont de temps pour sortir par la lumière d'échappement. La solution pour faire sortir un maximum de gaz brulé est tout d'abord d'augmenter la surface de la lumière en agissant sur sa largeur. Mais on ne peut élargir démesurément, tout d'abord parce que les ergots du piston finiraient par se trouver dans la lumière et ensuite parce les segments vont sortir de trop de leur gorge. Dans le meilleur des cas, les segments sont rapidement bouffés, dans le pire, ils se bloquent dans la lumière et c'est la casse. On se fixe différentes valeurs de largeur limites, une valeur angulaire de 70° et une valeur numérique de 65% de l'alésage du cylindre

Tous les types de lumières existant cherchent à obtenir une largeur maximale, les lumières type W ou à barrette permettent des lumières bien plus large que la limite donnée précédemment tout en préservant le segment au fond de sa gorge. La seconde solution est d'augmenter la hauteur de la lumière et donc le diagramme d'échappement, ce qui va permettre d'allonger le temps destiné à l'échappement, une plus grande lumière restant ouverte plus longtemps. Le problème est que la pression libérée par la combustion va "pousser" le piston sur une durée plus réduite puisque la lumière d'échappement est plus haute. C'est la cause de la perte de jus en bas régime sur les kits aux diagrammes bien fournis. On obtient une puissance supérieure mais une plage d'utilisation plus réduite et plus haute.
- Le balayage On appelle balayage le fait que les gaz frais viennent nettoyer la chambre à combustion des restes de gaz brulés qui y stationnent. Même si ce balayage a perdu quelque peu de son importance avec l'apparition du pot de détente qui permet de littéralement vider le cylindre des gaz brulés, il n'en reste pas moins un aspect essentiel du moteur. Nos moteurs utilisent un balayage dit balayage en boucle. Les transferts sont orientés de façon à ce que les jets de gaz frais qui en sortent soient dirigés vers l'arrière du cylindre. Remontant contre la paroi du cylindre, ils se dirigent en direction du plot de culasse avant se diriger vers l'échappement, poussant devant eux les restes de gaz brulés.

Le transfert arrière a généralement une section faible, le jet de gaz qui en sort en est d'autant plus puissant. Le jet va directement nettoyer le plot de culasse et se diriger vers l'échappement. C'est d'ailleurs la raison de la position plus basse de la lumière arrière par rapport au lumières latérales : le jet plus rapide issu du transfert arrière a tendance à filer directement par l'échappement, en abaissant la lumière, on retarde l'ouverture de la lumière et donc de l'émission du jet. Le transfert arrière jour un grand rôle dans le balayage, l'agrandir sauvagement ne serait d'aucune utilité. Le balayage est un système très complexe, n'ayant pas les connaissances nécessaire en mécanique des fluides, je m'abstiens et je me contente de citer : http://www.solex-competition.net/tutoriel.php?mode=article&idTutos=2#start "Le cycle est (enfin) terminé, tout n'est évidemment pas traité en détail, ce serait retraiter toute la mécanique deux temps et c'est énorme. Je vous conseille Google pour compléter tout ça, ça foisonne d'information en tout genre que les internautes partagent gentiment alors profitez-en.

L'apparition des clapets a été suivie de prêt par l'apparition d'un transfert arrière dans le cylindre, en face de l'échappement. Ce transfert, positionné sur l'axe bougie/clapets permet aux clapets d'anticiper leur ouverture en s'appuyant sur les ondes de résonances qui apparaissent lorsque toutes les lumières sont ouvertes.