Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le moteur 2 temps léger est utilisé dans les outils portables de jardinage, les 2-roues, les hors-bords marins et l’aviation légère. Par rapport à son homologue 4 temps, sa fréquence de combustion double lui offre des avantages inhérents de poids, compacité et puissance spécifique. Cet article montre aussi comment le moteur 2 temps à carburateur a évolué vers une nouvelle génération de moteurs 2 temps à injection directe de carburant pour fortement réduire ses émissions polluantes et améliorer son rendement. Le futur moteur 2 temps léger doit poursuivre son évolution vers un fonctionnement sans émissions polluantes et neutre en carbone pour répondre aux défis essentiels de l’urgence climatique.
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Pierre DURET : Président, DI2S Consulting & Training, Sartrouville, France - Professeur affilié, IFP School
INTRODUCTION
Le moteur 2 temps a été inventé en 1881 par l'Anglais Dugald Clerk. La version plus actuelle de ce type de moteur, dite à « carter pompe » et à lumières, a été conçue dix ans plus tard par un autre Anglais Joseph Day.
Le moteur 2 temps a jusqu'à présent été utilisé pour des applications permettant de bénéficier de sa puissance spécifique plus élevée que celle du moteur 4 temps.
Cet article est consacré aux domaines des moteurs 2 temps dit « légers ». Il s'agit des applications nécessitant des moteurs compacts et légers, et à allumage commandé (utilisant donc des carburants de type essence) : depuis les tous petits moteurs de modélisme (à partir de 2 cm3 de cylindrée), en passant par les petits groupes électrogènes, les outils portables (tronçonneuses, débroussailleuses…), les 2 et 3 roues, les scooters de neige, les moteurs hors-bord marins (qui peuvent atteindre des cylindrées de taille automobile).
Durant les années 1990, une nouvelle génération de moteurs 2 temps à injection directe essence a été développée et a satisfait progressivement à des exigences environnementales croissantes en termes de réduction des émissions de polluants. Des progrès associés significatifs en termes de rendement en ont aussi résulté.
En 2021, le moteur 2 temps léger de nouvelle génération reste donc majoritairement présent sur des marchés où ses avantages sont indéniables face à son concurrent 4 temps comme celui des outils portables, des scooters de neige, des drones tactiques. Il est également majoritairement présent dans l’autre extrémité de la gamme des moteurs thermiques, celle des moteurs lourds et en particulier des gros moteurs 2 temps marins, qui n’est pas traitée dans cet article et qui fait l’objet d’articles complémentaires « Moteur 2 temps lourd – Domaines d’application et caractères spécifiques structurels » [BM 2 653]et « Moteur 2 temps lourd – Caractères spécifiques des systèmes auxiliaires » [BM 2 654].
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
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4. Conclusions : quel avenir pour le moteur 2 temps léger ?
Les moteurs à 2 temps sont largement utilisés sur l'eau, sur terre, dans les airs, entre les mains, du plus petit moteur de modèle réduit de 2 cm3 aux plus gros moteurs marins.
Malheureusement, ils ont longtemps souffert d’une mauvaise image parfaitement justifiée par la pollution considérable en hydrocarbures imbrûlés des moteurs à carburateur (court-circuit de carburant et ratés d'allumage).
Ils présentent néanmoins d’importants avantages inhérents au cycle à 2 temps : simplicité, légèreté, compacité, faibles pertes par frottement et pompage, double fréquence de cycle et puissance spécifique élevée.
Une nouvelle génération de moteurs 2 temps à injection directe de carburant, parfois combinée à des processus de combustion avancés tels que la combustion CAI, une conception innovante du moteur (pistons opposés…), a été développée au cours des dernières décennies.
Ces moteurs 2 temps à injection directe (ou semi-directe), à combustion CAI, à balayage stratifié… peuvent respecter des limites strictes d'émission de polluants tout en étant capables, pour certaines applications, de démontrer un rendement nettement supérieur à celui de leur homologue à 4 temps. Des expériences de production réussies ont été possibles, notamment dans les hors-bords marins, les produits récréatifs, les outils à main, les 2-3 roues et les drones (UAV), même si certaines ne sont pas toujours maintenues, en partie pour des raisons marketing et commerciale souvent en faveur du 4 temps.
Pour rester acceptables dans un avenir à moyen et long terme, tous les moteurs à combustion interne, y compris les moteurs 2 temps doivent parvenir à des émissions de polluants quasi nulles et à un fonctionnement neutre en carbone sans post-traitement des gaz d'échappement. La combustion d’hydrogène en mélange ultra pauvre pourrait être une chance pour l'avenir des moteurs à 2 temps à injection directe.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLAIR (G.P.) - The Basic Design of Two-Stroke Engines. - SAE R-104 (1990).
-
(2) - HEYWOOD (J.B.), SHER (E.) - The Two-Stroke Cycle Engine : Its Development, Operation, and Design. - Published by Taylor & Francis (1999).
-
(3) - ISHIBASHI (Y.), TSUSHIMA (Y.) - A Trial for Stabilizing Combustion in Two-Stroke Engines at Part Throttle Operation. - In Duret P, A New Generation of Two-Stroke Engines for the Future ?, IFP International Seminar, France, Editions Technip (1993).
-
(4) - DURET (P.), ÉCOMARD (A.), AUDINET (M.) - A New Two-Stroke Engine with Compressed Air Assisted Fuel Injection for High Efficiency Low Emissions Application. - SAE Paper 880176.
-
(5) - DURET (P.), MOREAU (J.-F.) - Reduction of Pollutant Emissions of the IAPAC Two-Stroke Engine with Compressed Air Assisted Fuel Injection. - SAE Paper 900801.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Outils portables :
Stihl : 2-MIX technology https://www.stihl.com/2-mix-technology-economical-and-with-good-lugging-power.aspx
2 roues :
KTM : 2 temps TPI (injection semi-directe dans les transferts) https://www.ktm.com/fr-fr/models/mx/2-temps/ktm-250-sx-2023.html
Husqvarna : 2 temps TPI https://www.husqvarna-motorcycles.com/fr-fr/models/enduro/2-temps/te-300i-rockstaredition2022.html
Hors-bord :
Mercury Marine : 200 Jet USA (injection directe Optimax – Orbital) https://www.mercurymarine.com/en/us/engines/outboard/jet/200-hp/
Evinrude E-TEC G2 (commercialisation arrêtée en 2020) https://www.evinrude.com/fr-FR/e-tec-g2.html
Scooters de neige :
BRP : ski-doo Rotax 850 E-TEC Turbo https://www.ski-doo.com/us/en/ski-doo-feeling/technologies/rotax-engines/850-etec-turbo.html
Articcat :...
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