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Dans un premier temps, on utilisa des
pistons à la calotte de forme particulière (déflecteur)
dans le but de créer une dépression. Ce type de piston connaîtra une grande diffusion et sera utilisé jusque dans les années 50 / 60. |
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Le rendement des moteurs deux temps étant désespérément
faible, certains se mirent très tôt à étudier des systèmes permettant de
commander l'admission. C'est l'incontournable Bourdache qui nous apprend
que, dès 1901, un certain Monsieur Cordonnier réalise un système
dans lequel l'alimentation s'effectue au moyen d'une sorte de
distributeur rotatif constituée par une des soies, creuse, du
vilebrequin. Malheureusement les essais s'avèrent peu convaincants et cette solution tombera momentanément dans l'oubli. |
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Un des "grands classiques" de
la période correspondant aux balbutiements du deux temps
restera le Scott, bicylindre, qui
remporta le Tourist-Trophy devant toute la concurrence,
ébahie, dotée de classiques quatre temps. Elle présentait, déjà, la particularité de posséder un refroidissement par eau. Il était tellement évolué techniquement qu'il restera en production, quasiment inchangé, jusqu'au milieu des années '60. Notons, pour l'anecdote, que, dès 1911, Scott étudiera un système de distribution par disque rotatif. Il semblerait qu'il s'agisse plutôt d'un distributeur assez similaire à ce que l'on verra plus tard sur la "SEVITAME" française. |
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Pendant ce temps, particulièrement dans
les "pays de l'Est", de nombreux ingénieurs
exploitèrent de nouvelles voies pour améliorer les deux
temps. Cette association "pays de l'Est" / amélioration du 2 temps est tellement restée dans les esprits que l'on oublie généralement de mentionner l'italien Garelli, ancien technicien "naval" de Fiat, qui fût certainement le premier à développer, à partir de 1919, des deux temps à double piston à balayage "equi-courant". Ce moteur, extrêmement performant, remporta de nombreuses victoires en Italie et à l'étranger. On peut noter que les deux pistons sont actionnés par une bielle commune.. |
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Solution aussi intéressante que
confidentielle, le moteur Dunelt, utilisait un
piston à deux alésages, le but étant de créer une
surpression dans le carter moteur : Le taux de
compression théorique est représenté par la proportion
entre le volume lorsque le piston est au P.M.B. (point
mort bas) et le volume lorsque le piston est à son
P.M.H. (point mort haut). Ce dernier étant
généralement représenté par le chiffre 1. Le taux de compression réel est déterminé par ce
rapport, diminué de diverses pertes inhérentes au deux
temps, dont les pertes dans le carter (normalement, il ne
ne doit pas y en avoir) et le volume même du carter. Ce
dernier est généralement optimisé pour ne pas
générer de pertes. Les commentaires de la presse de l'époque précisent : "On se trouve dans une étape intermédiaire de la surcompression, sans la complication d'un compresseur ou d'un cylindre "pompe" complémentaire". Le moteur Dunelt fut produit jusqu’en 1925 et la
solution fut reprise sur la Terrot-Cuzeau,
bicylindre, de 1920 qui en prouva le bien fondé par ses
nombreuses victoires en compétition. |
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Si l'on peut comprendre que l'invention de
Mr.Cordonnier en 1901 soit souvent ignorée dans la mesure où elle ne
sera jamais commercialisée, il est plus surprenant de constater que l'on
oublie systématiquement de citer la marque Gillet-Herstal, qui,
dès 1922 conçoit un système que l'on peut considérer comme le véritable
ancêtre du distributeur rotatif, à la différence près que
l'admission n'est pas commandée par un orifice dans un disque, mais dans
un boisseau. Ce qui nuit, tout de même, à la compression dans le carter
pompe. Par la suite, Gilllet-Herstal commandera l'admission par un boisseau en arrière des cylindres. L'admission s'effectue alors directement dans le carter. |
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Dans le même ordre d'idée, mais
nettement plus compliquée la solution du moteur Wardill,
utilisant deux pistons concentriques d’alésages
différents, le piston principal coulissant, à
l’intérieur du piston pompe. On n’a pas la preuve que ce type de moteur ait réellement fonctionné. Tout laisse à penser que les frottements internes génèreraient des températures de fonctionnement excessives. |
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Ce n'est même pas, loin s'en faut, par
mesure de simplification, que les concepteurs du moteur Levis
ont adopté une telle solution, faisant transiter les gaz
d'admission par l'intérieur du piston. Ce qui est sur, c'est qu'un de leur but était d'améliorer le refroidissement de la calotte par les gaz frais d'admission. Ce que l'on sait aussi, c'est que ce système était dénommé "6 transferts". On n'a jamais fait autant à ce jour, mais je ne vois pas pour autant où ils se situent. On ne connaît pas non plus sa date de création. Antérieure à 1930, dans tous les cas. Par contre, on est certain qu'il ne connut pas un très grand succès ! |
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S'il est difficile de dater précisément les premières
mises en application de système, on sait qu'en 1936, DKW
utilisait le système d'admission ci-contre, qui s'appelait "Membrane
mobile" et qui sera reprise au début des années '70 par Yamaha qui
s'en attribuera la paternité : effectivement, le dispositif changera de
nom à cette occasion, pour devenir "clapet". Notons que le piston ressemble fort au "Levis" ci-dessus. |
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Solution combinant les précédentes, et
de ce fait, plus compliquée : Des pistons fonctionnant sur le système "equi-courant", auquel on a ajouté un piston-pompe dans le carter, faisant office de compresseur. Cette configuration fut principalement utilisée en compétition, la moto la plus célèbre l'ayant adoptée, la DKW 350 SS de 1939, qui bien que considérée comme un bicylindre, était équipée de 5 pistons. Après la seconde guerre mondiale, les règlements internationaux interdirent l'utilisation des compresseurs sur les motos, ce qui rendit caduque ce type de moteur. Le schéma ci-contre est réellement horrible. Normal,
j'en suis l'auteur. Si vous désirez voir à quoi il
ressemblait réellement, rendez-vous sur le site |
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Apparue dans les années 50, sur les
voiturettes "Vespa 400", la solution d'admettre
le mélange dans le carter et d'en commander l'ouverture
par la forme du vilebrequin, resta en tant que telle,
sans grands débouchés. Notons toutefois que l'idée d'admission directement dans le carter n'était pas nouvelle (voir ci-dessus "Gillet-Herstal") mais sera reprise par l'industrie japonaise dans les années 80 |
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Un ingénieur du nom de Schnurle invente
en 1931 un procédé dont la réalisation semble simple
(mais les calculs complexes) et l'idée évidente : Elle consiste à jouer sur l'angle des transferts d'admission pour favoriser l'évacuation des gaz brûlés et améliorer le remplissage du cylindre par les gaz frais. De ce fait, les pistons peuvent se passer de leur déflecteur. Ils auront désormais une calotte plàte ou légèrement bombée, ce qui les allège de manière conséquente, permettant ainsi des régimes moteurs plus élevés. Ce système s'appelle le "balayage Schnurle" Bien qu' ancien, ce procédé ne fût adopté que tardivement. Il est toujours en vigueur de nos jours. |
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Daniel Zimmermann, coureur de niveau
national, adapte sur un vieux moteur de DKW 125 un
système qui en améliore suffisamment les performances
pour se faire remarquer par l'ingénieur de MZ, Walter
Kaaden, à qui l'on attribuera plus tard l'invention
du disque rotatif. En 1955, ce dernier améliore le dispositif et l'adapte sur ses motos de compétition, qui ne connaîtront jamais le succès qu'elles auraient mérité, uniquement pour des raisons politiques. (Rappelons qu'en ce temps là, les 2 temps étaient peu courants en G.P. y compris dans les petites cylindrées) |
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Ces machines étaient si performantes, que Suzuki embaucha l'ingénieur-pilote de MZ, Ernst Degner, et gagna le championnat du monde. Par la suite ce système sera repris par toutes les
marques en compétition : Kawasaki, Yamaha, Honda,
König. Sur le schéma ci-joint, la partie gris clair représente le disque rotatif dans lequel est percé un trou (jaune). Le disque est solidaire du vilebrequin. Lorsque le disque tourne, le trou vient en correspondance avec le carburateur (cyan), permettant ainsi au mélange d'entrer dans le carter.
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A peu près simultanément fut mis au
point, vers 1955, le système des pots de détente
: (ou "échappement à chambre d'expansion"). Un problème important auquel étaient confrontés les ingénieurs, concernant le fonctionnement d'un deux temps consistait dans le fait que, lors de la phase d'admission, une partie du mélange frais repartait directement par l'échappement, d'où une consommation excessive. Le pot de détente consiste en un double cône, dont la partie se refermant a pour but de renvoyer une onde de pression vers la lumière d'échappement, faisant ainsi office de soupape. |
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Un seul problème subsiste : s'il existe bien une formule mathématique déterminant la forme précise d'un pot de détente, celle-ci n'est valable que pour un régime bien précis du moteur, raison pour laquelle les moteurs de ce type sont particulièrement pointus et ont une plage d'utilisation très restreinte. La paternité du pot de détente est généralement
attribuée à la firme MZ. Pourtant, les D.K.W. 350 cm3,
3 cylindres les utilisèrent à partir de 1952, sous
l'impulsion de l'ingénieur Erich Wolf.
Cette forme de pots de détente n'était pas réellement
aboutie: Il est probable que Erich Wolf en avait
pressenti l'intérêt et le mode de fonctionnement. Mais
il ne put jamais en assurer totalement le
développement, puisque D.K.W. se retira de la
compétition peu après.
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Depuis l'époque où Ernst Degner
fut débauché par Suzuki pour améliorer ses propres
machines, puis que les autres constructeurs japonais se
mirent à copier eux même Suzuki, le deux temps
n'évolua que lentement, sans réelles nouveautés
techniques. Le refroidissement liquide fut adopté afin de limiter les risques de serrage, qui étaient la hantise des pilotes de deux temps de compétitions, mais on ne peut parler de nouveauté, dans la mesure où la Scott bicylindre de 1912 en était déjà dotée. Mais cette solution n'était pas la panacée contre le serrage. La cause en étant ailleurs : le plus souvent c'est le dérèglement de l'allumage qui entraînait une surchauffe du moteur, causant la dilatation du piston à l'intérieur du cylindre et le serrage. |
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| En 1969, Kawasaki est
le premier a produire un deux temps de série dotée d'un
allumage électronique : La fameuse H1, 3
cylindres. Malheureusement, ce type d'allumage n'est pas, à cette époque, encore fiable et les modèles à partir de 1972 seront à nouveau livrés avec un allumage par rupteur. Après sa mise au point définitive, ce type d'allumage résoudra en grande partie les problèmes de fiabilité des deux temps. De nos jours, il est totalement généralisé. |
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En 1972, Yamaha ressort des tiroirs une
invention de DKW (*) : le clapet anti-retour,
constitué cette fois de deux lamelles s'ouvrant automatiquement
lors de l'admission des gaz dans le carter et se
refermant sous l'effet de la pression lorsque le piston
redescend, évitant ainsi le refoulement des gaz frais. Ces clapets permettront même par la suite de doter les moteurs d'une admission directe dans le carter, mais cette dernière technique n'est pas généralisée. Sur le schéma ci-joint, la partie fixe du clapet est en rouge et la partie mobile (souple) en rouge, dans sa phase d'admission.
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(*) Non seulement cette solution a été vue sur des DKW mais également sur le scooter "Viceroy" de Vincent, équipé d'un bicylindre "flat-twin" deux temps de 250cm3 dont l'admission, commandée par des lamelles s'effectue directement dans le carter. Ce scooter ayant été très peu diffusé, l'invention est alors passée inaperçue. |
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| Au début des années 70
apparaît un traitement des cylindres qui permet de se
dispenser de la traditionnelle chemise en fonte
emmanchée dans le cylindre : le chrômage dur.
L'alésage, dans lequel coulisse le piston n'est plus
alors recouvert que d'une fine pellicule de chrome. Les
avantages qui en découlent sont un meilleur échange
thermique et une moins grande différence de dilatation
entre le piston et le cylindre, donc des risques de
serrage moindres. On notera que Motobécane, avec notamment ses Mobylettes, 125 "LT" et 350-3 cylindres fit figure de précurseur en la matière. Seul inconvénient : en cas de problème, on ne peut plus réaléser le cylindre : on doit purement et simplement le changer, d'où des coûts de maintenance élevés. Plus tard, le système sera amélioré avec le traitement du cylindre au "Niquasil" - composé de nickel et de silicium, originellement mis au point pour diminuer les frictions sur les moteurs rotatifs de type "Wankel" - en remplacement du chrome. La surface des cylindres ainsi traitée devient tellement résistante que, même en cas de bris des segments, la surface interne n'en est pas affectée. Ces procédés n'apporteront pas directement un gain de performance, mais une fiabilité accrue, qui permettra d'augmenter les régimes des moteurs sans craintes, et un régime accru correspond à un gain de puissance. Tous les moteurs performants sont traités aujourd'hui de la sorte. |
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On a vu précédemment que le problème
d'un pot de détente est de ne fonctionner, selon sa
longueur, que pour un régime bien précis. En 1978 sur la YZ 500, Yamaha invente pour ses machines de compétition (et l'adoptera très rapidement sur ses machines de série) un dispositif "Y.P.V.S." (Yamaha Power Valve System), qui permet de faire varier la longueur théorique du pot d'échappement en fonction du régime. Ou plus exactement d'adapter le diagramme de la lumière d'échappement (variable, du fait de la valve) à la longueur du pot (fixe), selon le régime (variable).
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Il s'agit d'un papillon rotatif placé dans la tubulure à proximité de la lumière d'échappement et qui en modifie le flux des gaz en fonction de son inclinaison. Le dispositif dans un premier temps assujetti mécaniquement à la rotation de la poignée d'accélérateur, sera ensuite commandé électroniquement. Ce dispositif est adopté par la quasi totalité des deux temps modernes. |
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Autre amélioration permise par les
différentes inventions citées précédemment:
l'augmentation du nombre de transferts d'admission qui
autorise un meilleur remplissage du cylindre.
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Depuis le début du siècle jusqu'à nos
jours, les carburateurs sont devenus progressivement de
véritables "usines à gaz", extrêmement
difficiles à mettre au point. La logique aurait voulu que l'injection soit adoptée sur les deux temps. En 1974, Motobécane fit une tentative dans ce sens sur sa 500 trois cylindres, qui ne connut pas de suite commerciale. Il s'agissait déjà d'un système d'injection directe. Solution qui ne sera reprise sur les deux temps que bine plus tard. Avec un succès pour le moins mitigé. On la trouve plus souvent sur des 4 temps (B.M.W. qui fut un précurseur dans ce domaine ,dès les années 50, puis Kawasaki épisodiquement; Ducati et Guzzi plus récemment) que sur des deux temps. Pourtant, en raison des normes anti-pollution, il n'existe plus de 2 temps qu'en compétition en dans les petites cylindrées. L'injection arriverait-elle à résoudre cette pollution ? En 1995, Honda engage un prototype au Rallye Paris - Dakar : L'EXP2 C'est un monocylindre 2 temps à refroidissement par eau et à alimentation par injection sur lequel les ingénieurs de Honda sont arrivés à réduire considérablement la consommation du moteur. Mais depuis cette apparition, on n'a plus jamais entendu parler de ces recherches. |
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Par la suite, la petite usine italienne BIMOTA commercialise, en 1997 une moto dotée d'un deux temps de 500 cm3, bicylindre en V refroidi par eau extrêmement performant, et répondant aux normes anti-pollution draconiennes. Son secret réside dans son alimentation par injection directe. Afin d'éviter toute déperdition de carburant, BIMOTA a eu l'idée de n' injecter l'essence qu'à partir du moment où la lumière d'échappement (la plus haute dans le cylindre) est totalement fermée, c'est à dire dans un laps de temps extrêmement court et alors que l'air a un taux de pression très important. Pourtant, personne, parmi les grands constructeurs ne
s'est intéressé à ces recherches. BIMOTA a rappelé
les rares versions de son 2 temps à injection pour les
reconvertir en version à carburateur.
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Bilan (provisoire) : Les modèles de 2 temps de route de forte cylindrée sont restés peu nombreux, on peut citer :
Il n'empêche qu'en terme de performances, depuis 1970
environ, les 2 temps ont toujours été supérieurs aux
moteurs à soupapes.
Il ne s'agit pas d'établir une quelconque compétition entre les deux mais d'une période transitoire aboutissant rapidement à la supériorité artificielle des derniers cités. |
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Fatalité ? Après l'échec de la solution de Bimota, après l'abandon de l'EXP2, le deux temps fut mis définitivement au rencard : Officiellement, il n'est plus viable d'utiliser des deux temps. C'est, en tous les cas, ce que Honda, leader mondial du quatre temps, et tenant historique de cette technologie - n'est-t-il pas allé jusqu'à se fourvoyer avec sa NR qui, pour être un bel exercice n'en est pas moins une réelle absurdité - est arrivé à faire avaler en faisant éradiquer progressivement le moteur à transferts de toute forme de compétition. A se demander, même, si cette étude EXP2 n'était pas là uniquement pour pouvoir dire, aujourd'hui : "Nous avons essayé toutes les solutions mais, définitivement, le 2 temps n'a plus aucun avenir". Pourtant, depuis, certains ont poursuivi, soit indépendamment soit à des fins industrielles, des recherches en vue d'adapter l'injection au cycle 2 temps, avec toutes les difficultés que cela eut représenter.
Dans le même ordre d'idée, le hollandais Kees Beekhuis qui a adapté une injection sur sa Yamaha 500 RDCL. Le détail de cette adaptation figure sur : http://rd500lc.free.fr/rdefi_fr.htm |
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En 2001, déjà, Aprilia commercialise un scooter de 50cm3, deux temps avec injection directe répondant au nom de "Ditech". Avec une puissance inchangée par rapport à la version à carburateur, de 8,5 chevaux le système à injection offrant une autonomie de 560km pour un réservoir de 8 litres. Soit une consommation de 1,43 litres au 100 !!! Synerject ( http://www.synerject.com/ ) est une société résultant d'une association entre l'allemand Siemens et l'australien Orbital ( http://www.orbitalcorp.com.au/ ) ayant mis au point une injection directe pneumatique adaptée aux moteurs deux tremps. La société Orbital, dont les bases remontent à 1997, ayant poussé le vice jusqu'à effectuer de nombreux tests d'injection directe ASDI en utilisant comme base une ... Honda NSR-125. Peut-être une sorte de "pied de nez". Quoi qu'il en soit les premiers tests ont révélé d'excellents résultats avec des émissions inférieures aux normes EPA 2006 avec un rendement supérieur de 40% par rapport aux résultats constatés sur les moteurs équivalents alimentés par carburateur. Les moteurs adoptant cette technologie quelques avantages par rapport à un moteur 4 temps de cylindrée comparable : 30% plus léger, 30% moins cher, 30% moins encombrant et 50% plus performant. Après avoir été longtemps lié à Honda dans la conception de ses deux roues, Peugeot n'a pas hésité à franchir le pas et à équiper nombre des ses scooters de moteurs Synerject. Depuis, des constructeurs comme Aprilia, Piaggio, Kymco ou
Yamaha (pour les moteurs marins) ont emboîté le pas et adopté cette
technologie. Je me suis largement inspiré, pou récrire les lignes ci-dessus, de l'article de Marc Alias pour "motoservices.com" que je tiens à remercier et vous trouverez ici : http://www.motoservices.com/technique_moto/moteur_2_temps.htm |
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| C'est Giuseppe Cargnelutti, frère de l'inventeur du
"moteur 6 temps" que vous trouverez sur ce site
ici qui a attiré
mon attention sur les articles précités signés par Marc Alias. Ce dont
je tiens à le remercier ici. Il m'a également fait observer que
l'amélioration du rendement des moteurs deux temps n'est pas une
préoccupation récente puisque MAP depuis 1947 (http://www.tract-old-engines.com/map.htm)
et Rootes-Lister depuis 1962 (http://www.oldengine.org/members/diesel/technical/TS3.htm)
ont développé des moteurs deux temps qui fonctionnent selon le principe
des pisons opposés. Pas très étonnant que ces engins n'aient pas retenu
notre attention puisqu'ils sont destinés à équiper des tracteurs. Il a immédiatement pensé à combiner les technologies des pistons opposés et à balayage équi-courant et de l'injection électronique mise au point par Synerject. Il précise qu'il envisage de disposer les bielles actionnant les deux pistons selon le même plan, passant par l'axe du cylindre. Il ajoute : "Dans les schémas ci-joints, j'ai pris en considération un moteur super-carré d'alésage 56 pour 50 de course, en pensant à un moteur rapide mais pour un meilleur contrôle des émissions à l'échappement, un moteur longue course est préférable." Schéma auquel il faudra ajouter un compresseur volumétrique de type "Eaton" ou "Rootes", ne figurant pas ici mais indispensable à ce type de moteur diesel deux temps à balayage équi-courant.
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Ci
contre un document assez
exceptionnel, transmis par Georges Largis, sur
lequel figure Walter Kaaden dans les locaux
compétition ou développement de MZ.
Tel
est le cas du Suisse Mathias Seiler, qui a développé son propre bicylindre 2 temps à injection.
D'après les éléments qui m'ont été transmis, ce moteur de 250 cm3 délivre la respectable puissance de 90 chevaux.
