Différence entre un moteur 2 et 4 temps
Publié : 30 mars 2010, 17:40
Moteur quatre temps à allumage commandé
Il s'agit de tous les moteurs utilisant comme carburant de l'essence, de l'alcool, voire un gaz (GPL) ou autre, et dont la combustion doit être déclenchée par une source d'énergie externe (bougie, trembleur, etc.).
Ces moteurs transforment l'énergie potentielle chimique stockée dans un carburant en travail (énergie mécanique) grâce à des combustions très rapides, d'où le terme d'« explosion ». Ils sont constitués d'un ou plusieurs cylindres confinant les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin, un assemblage de manivelles sur un axe.
Chaque cylindre est fermé par une culasse munie ou non (cas de soupapes latérales) d'au moins deux soupapes :
* la soupape d'admission permet l'alimentation en mélange air/essence du cylindre par le collecteur d'admission ;
* la soupape d'échappement permet l'évacuation des gaz brulés vers l'échappement.
Il a existé des moteurs sans soupapes, celles-ci étant remplacées par des chemises mobiles dites « louvoyantes » découvrant des lumières. Ce principe a été utilisé avec succès (excellente fiabilité, très bon rendement, silence de fonctionnement) sur les moteurs d'avion Bristol qui furent construits sous licence par la Snecma jusque dans les années 1970 pour l'équipement des avions de transport militaire Noratlas. Ce principe étant par conception (inerties) limité à des régimes de fonctionnements ne dépassant pas les 4 000 tr/min et augmentant la consommation d'huile, il n'a pas été développé davantage.
Fonctionnement:
Le cycle de fonctionnement se décompose de manière analytique en quatre temps ou phases. Le mouvement du piston est initié par la combustion (augmentation rapide du volume des gaz) d'un mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur. C'est le seul temps produisant de l'énergie ; les trois autres temps en consomment mais le rendent possible.
Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe (souvent un démarreur ou lanceur : un moteur électrique est couplé temporairement au vilebrequin) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une force capable d'assurer les trois autres temps avant le prochain temps moteur. Le moteur fonctionne dès lors seul et produit un couple sur son arbre de sortie.
Voici une description des cycles successifs d'un moteur à quatre temps :
1. admission d'un mélange air et de carburant vaporisé, présent dans le conduit d'admission, mélange préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression de -0,1 à -0 3 bar ;
2. compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 30 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;
3. combustion (détente aux environs du point mort haut) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un générateur d'électricité haute tension, produit une étincelle ; la combustion rapide qui s' ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de 40 à 60 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;
4. échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange air/carburant.
Moteur deux temps:
Les moteurs « deux temps » respectent le cycle de Beau de Rochas en utilisant les deux côtés du piston : la partie supérieure pour les phases de compression et de combustion et la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d'admission (et par voie de conséquence, d'échappement). Ils épargnent ainsi les mouvements (donc latences, frottements…) de deux cycles non producteurs d'énergie et produisent davantage de couple et de puissance.
Avantages
Les moteurs « deux temps » permettent de bénéficier théoriquement du double de travail par cycle (un temps moteur par tour de vilebrequin, au lieu d'un temps moteur pour deux tours de vilebrequin pour le moteur quatre temps). Cependant l'étanchéité demeure difficile à assurer et certains effets de l'emplacement de canaux de transfert de gaz (admission et échappement) limitent le gain pratique à 70 % du travail.
Les principaux avantages de ces moteurs sont :
* une combustion à chaque tour moteur et une puissance spécifique (puissance/cylindrée) très élevée possible, donc une puissance massique très élevée.
* une simplicité de construction (peu de pièces en mouvement)
* un graissage des éléments en rotation quelle que soit l'inclinaison du moteur.
Inconvénients:
Les principaux inconvénients des moteurs deux temps sont :
* une plus forte consommation spécifique, due à la partie de gaz imbrulés qui sont rejetés hors du moteur durant la phase de transfert. Pour y remédier, une injection directe permet de faire pénétrer une dose précise de carburant, dans la chambre de combustion transferts fermés.
* une courbe de puissance moins étalée que celle d'un 4 temps, qui rend la conduite un peu moins agréable.
* une usure plus rapide due aux lumières des canaux de transferts qui torturent les segments à leur passage : ils y subissent des contraintes différentes et importantes, usant le cylindre anormalement dans ces zones) ;
* la lubrification pose problème (surtout au niveau des segments et du bas moteur) car l'huile diluée dans l'essence pour assurer la lubrification ne privilégie pas spécialement ces zones ; de plus, elle brûle mal donc produit des composés imbrûlés, qui ont tendance à se déposer au lieu d'être évacués par l'échappement;
* faible frein moteur.
Pour ces différentes raisons, les moteurs deux temps économiques à carburateurs sont en voie de disparition, car ils polluent beaucoup plus que des moteurs quatre temps équivalents (tondeuses à gazon, tronçonneuses, vélomoteurs, moteurs hors-bord, petits groupes électrogènes, motoculteurs, véhicules de modélisme…). En revanche, plusieurs entreprises ont conçu des moteurs deux temps à injection directe (l'australien Orbital Engine Corporation - maintenant Synerject - notammment et son système AsDI - Air-assisted Synerject Direct Injection) et de grands constructeurs de scooters l'ont adopté sur certains de leurs modèles (Peugeot, Aprilia, Piaggio et Kymco)[2].
Les émissions polluantes des moteurs 2 temps et le nombre élevé de ces moteurs rendent nécessaire l'application de normes de fonctionnement, induisant la réduction de cette pollution.
Il s'agit de tous les moteurs utilisant comme carburant de l'essence, de l'alcool, voire un gaz (GPL) ou autre, et dont la combustion doit être déclenchée par une source d'énergie externe (bougie, trembleur, etc.).
Ces moteurs transforment l'énergie potentielle chimique stockée dans un carburant en travail (énergie mécanique) grâce à des combustions très rapides, d'où le terme d'« explosion ». Ils sont constitués d'un ou plusieurs cylindres confinant les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin, un assemblage de manivelles sur un axe.
Chaque cylindre est fermé par une culasse munie ou non (cas de soupapes latérales) d'au moins deux soupapes :
* la soupape d'admission permet l'alimentation en mélange air/essence du cylindre par le collecteur d'admission ;
* la soupape d'échappement permet l'évacuation des gaz brulés vers l'échappement.
Il a existé des moteurs sans soupapes, celles-ci étant remplacées par des chemises mobiles dites « louvoyantes » découvrant des lumières. Ce principe a été utilisé avec succès (excellente fiabilité, très bon rendement, silence de fonctionnement) sur les moteurs d'avion Bristol qui furent construits sous licence par la Snecma jusque dans les années 1970 pour l'équipement des avions de transport militaire Noratlas. Ce principe étant par conception (inerties) limité à des régimes de fonctionnements ne dépassant pas les 4 000 tr/min et augmentant la consommation d'huile, il n'a pas été développé davantage.
Fonctionnement:
Le cycle de fonctionnement se décompose de manière analytique en quatre temps ou phases. Le mouvement du piston est initié par la combustion (augmentation rapide du volume des gaz) d'un mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur. C'est le seul temps produisant de l'énergie ; les trois autres temps en consomment mais le rendent possible.
Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe (souvent un démarreur ou lanceur : un moteur électrique est couplé temporairement au vilebrequin) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une force capable d'assurer les trois autres temps avant le prochain temps moteur. Le moteur fonctionne dès lors seul et produit un couple sur son arbre de sortie.
Voici une description des cycles successifs d'un moteur à quatre temps :
1. admission d'un mélange air et de carburant vaporisé, présent dans le conduit d'admission, mélange préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression de -0,1 à -0 3 bar ;
2. compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 30 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;
3. combustion (détente aux environs du point mort haut) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un générateur d'électricité haute tension, produit une étincelle ; la combustion rapide qui s' ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de 40 à 60 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;
4. échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange air/carburant.
Moteur deux temps:
Les moteurs « deux temps » respectent le cycle de Beau de Rochas en utilisant les deux côtés du piston : la partie supérieure pour les phases de compression et de combustion et la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d'admission (et par voie de conséquence, d'échappement). Ils épargnent ainsi les mouvements (donc latences, frottements…) de deux cycles non producteurs d'énergie et produisent davantage de couple et de puissance.
Avantages
Les moteurs « deux temps » permettent de bénéficier théoriquement du double de travail par cycle (un temps moteur par tour de vilebrequin, au lieu d'un temps moteur pour deux tours de vilebrequin pour le moteur quatre temps). Cependant l'étanchéité demeure difficile à assurer et certains effets de l'emplacement de canaux de transfert de gaz (admission et échappement) limitent le gain pratique à 70 % du travail.
Les principaux avantages de ces moteurs sont :
* une combustion à chaque tour moteur et une puissance spécifique (puissance/cylindrée) très élevée possible, donc une puissance massique très élevée.
* une simplicité de construction (peu de pièces en mouvement)
* un graissage des éléments en rotation quelle que soit l'inclinaison du moteur.
Inconvénients:
Les principaux inconvénients des moteurs deux temps sont :
* une plus forte consommation spécifique, due à la partie de gaz imbrulés qui sont rejetés hors du moteur durant la phase de transfert. Pour y remédier, une injection directe permet de faire pénétrer une dose précise de carburant, dans la chambre de combustion transferts fermés.
* une courbe de puissance moins étalée que celle d'un 4 temps, qui rend la conduite un peu moins agréable.
* une usure plus rapide due aux lumières des canaux de transferts qui torturent les segments à leur passage : ils y subissent des contraintes différentes et importantes, usant le cylindre anormalement dans ces zones) ;
* la lubrification pose problème (surtout au niveau des segments et du bas moteur) car l'huile diluée dans l'essence pour assurer la lubrification ne privilégie pas spécialement ces zones ; de plus, elle brûle mal donc produit des composés imbrûlés, qui ont tendance à se déposer au lieu d'être évacués par l'échappement;
* faible frein moteur.
Pour ces différentes raisons, les moteurs deux temps économiques à carburateurs sont en voie de disparition, car ils polluent beaucoup plus que des moteurs quatre temps équivalents (tondeuses à gazon, tronçonneuses, vélomoteurs, moteurs hors-bord, petits groupes électrogènes, motoculteurs, véhicules de modélisme…). En revanche, plusieurs entreprises ont conçu des moteurs deux temps à injection directe (l'australien Orbital Engine Corporation - maintenant Synerject - notammment et son système AsDI - Air-assisted Synerject Direct Injection) et de grands constructeurs de scooters l'ont adopté sur certains de leurs modèles (Peugeot, Aprilia, Piaggio et Kymco)[2].
Les émissions polluantes des moteurs 2 temps et le nombre élevé de ces moteurs rendent nécessaire l'application de normes de fonctionnement, induisant la réduction de cette pollution.