Moteur à deux temps

Le distributeur rotatif à l'avantage de ne pas générer de pertes en charge et ainsi de permettre un remplissage optimum sur une plage de régime donnée.

Au contraire des boites à clapet, la plage d'utilisation est plus restreinte. Néanmoins, il reste possible d'utiliser ce dispositif pour des régimes importants (avec des temps d'ouvertures élevés) et il a été très utilisé dans le milieu de la vitesse.

Cela permet d'augmenter le temps d'échappement à haut régime. Rare sur les cyclomoteurs mais répandus sur les machines de plus grosses cylindrées[N 6]. Toutefois, ce système est très répandu dans le domaine des jet-sky, sky-doo (très connu chez Bombardier), mais aussi dans le milieu de la compétition motocycliste puisqu'il est devenu indispensable. Ainsi, un système d'ouverture (électronique ou centrifuge) permet de faire varier la hauteur de la lumière d'échappement.

Avantages :

• ouverture faible en bas régimes afin de limiter l'évacuation des gaz frais imbrûlés vers le système d'échappement pour bénéficier d'un couple intéressant ;
• grande ouverture pour les hauts régimes avec ainsi une surface d'ouverture très importante permettant une bonne évacuation des gaz brûlés.

L'ouverture de la valve d'échappement doit coïncider avec la résonance du pot de détente.

L'allumage à avance variable permet d'avoir le maximum de performances à différents régimes (facilité par l'arrivée des allumages électroniques). Arrivent des allumages numérisés permettant de mieux adapter l'avance en fonction des conditions. Contrairement à la majorité des moteurs à quatre temps, l'avance doit considérablement baisser lors de la montée en régime du fait de l'amélioration du remplissage avec la montée en régime.

• Valve d'admission, d'un fonctionnement similaire aux clapets.
• Distributeurs rotatifs. Dans ce cas, l'admission des gaz frais s'effectue par un disque possédant une échancrure et fixé en bout de vilebrequin ou entraîné par celui-ci (l'admission est effectuée quand l'échancrure démasque la conduite d'admission du carburateur). Il a été développé dans le domaine du deux-roues malgré sa complexité et son coût ; un des deux temps les plus puissants a été le Derbi 125 de Grand Prix à admission rotative, de 54 ch (soit 432 ch/l). Les premiers distributeurs rotatifs modernes permettant d'éviter le refoulement vers le carburateur (comme les clapets) mais aussi de maîtriser la dissymétrie des temps d'admission, transfert et échappement dans le diagramme de distribution sont développés par Walter Kaaden (République démocratique allemande) et installés sur la moto est-allemande MZ du pilote-ingénieur Ernst Degner, qui « passa à l'ouest » au milieu des années 1960 car la firme japonaise Suzuki lui offrait un meilleur salaire. Yamaha, Suzuki et Kawasaki adoptèrent le distributeur rotatif non seulement pour leurs machines de course mais aussi pour quelques modèles de série : par exemple les Yamaha YG-1, YA-6, les Kawasaki bicylindres 250 et 350 Avenger et Samouraï, puis le monocylindre 125 KH. Toutefois cette technique, outre sa complexité et l'élargissement du bas moteur, avait aussi l'inconvénient de ne pas convenir aux moteurs multicylindres en ligne. Les moteurs à quatre cylindres et deux temps à distributeurs rotatifs utilisèrent alors l'architecture « en carré », comme la Jawa 350 de Grand Prix pilotée par Bill Ivy, la Yamaha RD500LC, et la Suzuki RG 500 Gamma.
• Chambre de résonance ouverte à bas régime pour simuler un pot plus long accordé ou bien de valves d'échappement à hauteur variable permettant des temps d'échappement plus ou moins longs permettant de conserver un moteur à fort couple dans une large plage de régime.
• Deuxième cylindre pour assurer la pré-compression. Ce type de moteur a équipé la célèbre Motobécane 99 Z, ainsi que certaines voiturettes.
• Injection directe, permettant un rendement optimum supérieur aux moteurs à quatre temps (du fait de l'absence de distribution) ainsi qu'une diminution importante de la pollution. La lubrification est assurée par injection d'huile (rapport de 80:1) dans le carter-cylindre[6].
• Balayage avec de l'air au lieu du mélange air-essence et injection (directe ou non) une fois l'échappement refermé (encore en étude).

L'amélioration de la qualité des huiles au fil des années a énormément contribué à l'amélioration de la robustesse et du rendement des moteurs à deux temps. Jusqu’à la fin des années 1980 et même au début des années 1990, les moteurs étaient lubrifiés par des huiles minérales de mauvaise qualité, au film fragile, cassant facilement entraînant des serrages de moteurs. La quantité d'huile à utiliser devait être importante pour pallier ce problème, et la proportion d'huile-essence être de 4 % minimum.

Avec les huiles de synthèse ou semi-synthèse actuelles, une proportion huile-essence de 2 à 3 % est largement suffisante, la consommation d'huile est donc nettement diminuée, la longévité des moteurs accrue, et la pollution réduite.

Le graissage séparé améliore également le rendement et la lubrification du moteur (pourcentage huile essence variable en fonction du régime et de la charge) tout en supprimant la contrainte du mélange directement dans le réservoir, peu pratique (utilisation d'un mélangeur de station service avec des huiles pouvant être de bas de gamme, mélange effectué par l'utilisateur directement dans le réservoir, « secouage » de la machine avant chaque départ, etc.). Le graissage par mélange n'est pratiquement plus utilisé que sur les machines de course ou encore sur des machines type tronçonneuse, débroussailleuse, tondeuse, souffleur de feuilles, etc.

Dans les années 1970, le moteur à deux temps était très utilisé du fait de sa légèreté, sa simplicité et ses performances, et aussi de son moindre coût de fabrication. À cette époque, beaucoup de constructeurs de motos ont développé des modèles avec des moteurs à deux temps, y compris de grosse cylindrée, comme la Kawasaki 750 H2. En France, la Motobécane 125 de 1970 est le reflet même de cette époque. Mais l'augmentation du prix du pétrole et surtout les normes antipollution de plus en plus contraignantes ont progressivement limité l'usage de ce type de moteur.
Toutefois, pour des raisons de coût, de fiabilité et de poids, les motos à moteur à deux temps dotés d'un système d'injection d'essence sont de plus en plus présentes au départ des compétitions en tout-terrain (moto-cross, enduro et trial).

• Motos à deux temps
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  Kawasaki 750 H2 Mach IV premier modèle.
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  Motobécane 125 LT1, préparée pour participer aux Coupes Moto Légende.

En 2017, l'injection directe apparut sur les KTM 250 et 300 TPI EXC (motos d'enduro homologuées pour la voie publique et Euro 4[7]). La pulvérisation de l'essence se faisant à l'aide de deux injecteurs disposés au niveau des transferts gauche et droite. La lubrification est assurée par une pompe de graissage séparée, ce qui permet de faire le plein de carburant directement à la pompe. En 2020, ce fut le tour de TM Racing d'utiliser un système très similaire également sur leur 250 et 300 d'enduro.

La technologie des deux temps a l'avantage de la légèreté et de la simplicité, c'est ce qui l'a fait adopter dès les débuts pour les moteurs hors-bord (la traditionnelle Motogodille dont la partie thermique était produite par la firme Buchet, et l'ELTO américain développé par l'ingénieur américano-suédois Ole Evinrude.) Ce type de moteur était considéré comme l'équivalent mécanique d'un aviron et devait pouvoir être démonté et transporté facilement pour le mettre à l'abri des voleurs.

L'industriel nantais Goïot, également fabricant d'accastillage, et coureur motocycliste durant ses loisirs, préférait parler de « propulseur détachable » pour les moteurs hors-bord qu'il développa avant la Seconde Guerre mondiale en utilisant un alliage d'aluminium de sa composition, parfaitement insensible à la corrosion marine.

Par rapport aux moteurs de motos, avec lesquels il partage bon nombre de caractéristiques (certains constructeurs comme Yamaha, Suzuki, Tohatsu, Honda, Sunbeam-British Seagull, Tomos, sont, ou ont été présents sur les deux marchés), le moteur hors-bord à deux temps a quelques caractéristiques spécifiques.

À l'exception de l'antique Motogodille (en oblique), le vilebrequin et l'arbre de transmission principal sont disposés à la verticale (pour des raisons de compacité), le volant moteur tout en haut, mettant, autant que faire se peut, les délicats organes électriques : bobine(s), rupteurs (vis platinées) à l'abri des projections d'eau éventuellement salée. Le (ou les) carburateur(s) (les bicylindres sont souvent équipés d'un seul carburateur pour éviter les complexes réglages de synchronisation) sont vers l'avant du bateau, les cylindres et les bougies vers l'arrière (parfois vulnérables lorsque le bateau ralentit et que sa vague de sillage le rattrape).

La solution adoptée de façon quasi universelle est le refroidissement par eau (les motos à deux temps ont longtemps été refroidies par air, du déplacement ou forcé par une turbine) sans aucun radiateur. Sur les hors-bord, l'eau est puisée directement dans l'eau (mer ou rivière), sous la ligne de flottaison par des évents raccordés à une pompe rotative clavetée sur l'arbre vertical. Le rotor de cette pompe (en caoutchouc nitrile) affecte la forme d'une étoile de mer et doit être changé très régulièrement.

C'est un des points les plus cruciaux de ce type de moteur : l'utilisateur doit se méfier des algues, des sacs plastiques entre deux eaux, et des sédiments en suspension. Il doit contrôler la dérivation-témoin du circuit d'eau (la « pissette ») et être attentif au bruit du moteur, s'il se fait sec et métallique : en effet l'eau de refroidissement sert aussi a atténuer le bruit de l'échappement.

Suivant ses applications, comme les autres moteurs, la boîte de vitesses (ou boîte d'inverseur) peut être réduite à sa plus simple expression : marche avant, point mort et marche arrière ou même totalement absente sur les plus petits moteurs. La démultiplication finale peut être adaptée en changeant d'hélice pour trouver le pas le plus adapté au bateau. Située sous la flottaison dans l'embase du moteur, elle est vulnérable aux chocs sur les rochers et l'utilisateur doit faire preuve de sens marin.

De rendements spécifiques plus faibles que les moteurs de moto (une cylindrée de 250 cm³ pour seulement 10 ch de puissance est courante) et conçus avec des impératifs de sécurité et de fiabilité, les moteurs hors-bord à deux temps on néanmoins connu des évolutions techniques parallèles à leurs « cousins » motocyclistes : clapets d'admission, allumage électronique CDI (en général scellé à la résine dans un boîtier totalement étanche), graissage séparé (sauf pour les petites puissances), et plus récemment remplacement des carburateurs par des systèmes d'injection pour se conformer aux nouvelles règles anti-pollution (norme européenne dite « Bodensee »).

Depuis le début du XXI^e siècle, les moteurs à quatre temps ont progressivement supplanté les deux temps pour les fortes puissances (qu'on ne démonte quasiment jamais du bateau) mais les firmes Evinrude, Tohatsu et Kiekhafer Mercury ont continué à produire des moteurs à deux temps à injection répondant aux normes antipollution modernes. Un autre point fort du moteur hors-bord à deux temps est la facilité avec laquelle il peut être remis en route après submersion (chavirage de l'embarcation, chute à l'eau lors d'une manutention, paquet de mer), un simple rinçage à l'eau douce, une purge du carburateur et une pulvérisation de dégrippant suffisent alors qu'un moteur à quatre temps nécessite des opérations bien plus complexes et coûteuses pour être remis en service.

La plus connue des automobiles à moteur à deux temps est la série des véhicules Trabant, fabriqués alors en RDA par l'entreprise VEB Sachsenring Automobilwerk Zwickau.

La firme DKW (en Allemagne de l'Ouest) et sa consœur Est allemande Wartburg ont produit des automobiles à moteur tricylindre à deux temps nettement plus performantes et positionnées plus en haut de gamme que la très basique Trabant qui se contentait d'un bicylindre.

En Pologne, la société FSO a produit de 1957 à 1983 une voiture à moteur à deux temps : la FSO Syrena.

Le constructeur suédois Saab a utilisé des moteurs à deux temps pour motoriser ses modèles 92001, 92, 93, ainsi que les premières 96.

Des micro-citadines ont également utilisé un moteur à deux temps comme l'Isetta conçue par la firme italienne ISO Rivolta, et la très originale Vespa 400, concurrente de la Fiat 500 Topolino, qui utilisait un moteur bicylindre à deux temps de 400 cm³ équipé d'un mélangeur automatique, un dispositif astucieux qui, sans être un véritable graissage séparé comme l'Autolube de Yamaha qui en a été le précurseur.

• Automobiles à deux temps
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  Trabant 601.
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  FSO Syrena 101.
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  Saab 96 de 1961.
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  Isetta.

On utilise aujourd'hui les petits moteurs à deux temps dans toutes sortes d'engins demandant légèreté et vitesse de rotation élevée, comme les tronçonneuses ou les souffleurs de feuilles, et sur des véhicules comme le karting, ou de nombreux scooters (lesquels disposent d'un système d'embrayage).

• Utilisation de deux temps léger
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  Tronçonneuse.
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  Scooter.

Le cycle à deux temps reste très exploité dans les moteurs Diesel énormes à régime lent[8] (quelques centaines de tours par minute), comme ceux propulsant des navires porte-conteneurs (exemple : Wärtsilä-Sulzer 14RT-flex96C). L'échappement s'effectue souvent par une ou des soupapes et l'admission par des lumières.

Historiquement, il a été utilisé sur des moteurs assez exotiques comme :

• des moteurs à pistons opposés Junkers Jumo 205[9] ;
• des moteurs en delta à trois vilebrequins disposés en triangle isocèle[10] (vedettes et locomotives) Napier Deltic (de), Fairbanks-Morse ;
• des poids lourds Detroit Diesel. L'alimentation en air (balayage) d'un Diesel à deux temps est assurée par un ou plusieurs compresseurs (souvent de type Roots), parfois assistés d'un ou de plusieurs turbocompresseurs.

Les problèmes majeurs sont, dans sa version « classique », avec admission et échappement par lumières (ces inconvénients ne s'appliquent pas aux moteurs à admission / échappement par soupapes - comme les Diesel) :

• avec un carburateur, la distance parcourue par le piston avant la fermeture de la lumière d'échappement, qui provoque une perte d’hydrocarbures imbrûlés. Des phénomènes de résonance induits par un pot de détente aident à résoudre cette difficulté, ou l'injection directe, qui permet de balayer le cylindre avec de l'air pur, le carburant n'étant injecté qu'à la fin de la compression. Si un simple pot d'échappement est utilisé, pendant la phase d'admission/échappement, jusqu'à 30 % du mélange peut être perdu. Les systèmes de variation de hauteur de lumière d'échappement (dite « valve d'échappement ») permettent maintenant de résoudre une partie de ce problème ainsi que d'augmenter la plage d'utilisation (couple et puissance en bas et hauts régimes) ;
• le lubrifiant présent dans son carburant pour graisser le cylindre, qui génère une émission d'huile (plus ou moins brûlée) dans l'atmosphère, le rendant ainsi polluant. Cet inconvénient explique en grande partie son abandon progressif au profit du quatre temps. Les nouvelles huiles pour deux temps (norme ISO-L-EDG) permettent une combustion à chaud pratiquement totale. Les dernières versions homologuées (KTM 250 et 300 EXC TPI par exemple) ont vu leur consommation d'huile baisser drastiquement grâce à l'injection directe ;
• du fait des résidus imbrûlés de l'huile contenue dans le carburant, les bougies peuvent subir un comblement progressif de l'espace inter-électrode (« perlage »)[11]. Cet inconvénient peut être évité par un refroidissement efficace (liquide), une qualité d'huile améliorée par rapport aux années 1970 et des bougies adaptées. Toutefois, avec l'amélioration des huiles pour deux temps, de nos jours, le perlage n'existe plus ;
• le moteur à deux temps est une source de pollution importante du fait des rejets d'huile et d’hydrocarbures imbrûlés potentiellement cancérigènes[N 7] - [12]. Mais l'arrivée de l'injection directe va permettre de résoudre ce problème en limitant la pollution, la consommation d'huile et de carburant. Le rendement spécifique arrivant même dans certains cas à des valeurs de consommation plus faible que certains quatre temps. La cause principale pouvant être dans le fait qu'il n'y a pas de distribution à entraîner.

• Faible frein moteur.
• Pour les moteurs « à lumières », usure plus rapide de la segmentation, du piston et, du cylindre, les segments se déformant au passage des différentes lumières d'admission(s) et d'échappement(s) lors du mouvement dans le cylindre, contrairement aux quatre temps qui ont un cylindre lisse.

• Distributeur rotatif
• Moteur à pistons libres
• Cycle de Beau de Rochas

• Notices d'autorité :

  • GND
  • Israël
  • Tchéquie
• Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste :

  • Britannica