Origines du moteur a deux temps

GENERALITES SUR LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE

Les moteurs à combustion interne sont des machines à fluide thermique, c’est-àdire qu’ils fonctionnent grâce à l’énergie mécanique fournie par la combustion d’un mélange air-carburant. Le terme « interne » désigne que tous les processus de travail ont lieu dans un espace à l’intérieur du moteur appelé cylindre de travail. Comme l’énergie à l’intérieur du cylindre est transmise par un volume variable, les moteurs à combustion interne font partie des machines appelées machines motrices volumétriques. Les moteurs à combustion interne sont souvent utilisés pour entraîner des véhicules, des bateaux ou des locomotives. On utilise également les moteurs à combustion interne pour les entraînements qui doivent fonctionner de manière fiable en permanence, sans dépendre du réseau électrique; c’est le cas par exemple pour les groupes électrogènes de secours, les machines de chantier ou dans l’agriculture.

ORIGINES DU MOTEUR A DEUX TEMPS

Découvertes
● 1859 : Le premier moteur à deux temps a été conçu par l’ingénieur belge Jean Joseph Etienne Lenoir. Ce moteur s’appelait Moteur Lenoir et consommait 3000 litres par cheval-heure en gaz d’éclairage (gaz de houille), un gaz destiné à l’origine pour l’éclairage. Ce moteur était surtout destiné à l’usage industriel du fait de sa grande taille et de sa puissance ;
● 1879 : Le moteur Lenoir a ensuite été amélioré par l’ingénieur écossais Dugalg Clerk en proposant de réaliser en un tour de vilebrequin ce que le quatre temps faisait en deux tours ;
● 1880 : L’allemand Sohnlein brevette un moteur à deux temps industriel fonctionnant au carburant liquide [3].

Evolution
● 1889 : Le moteur à deux temps dans une forme à peu près identique à celui que l’on connait aujourd’hui a été conçu par un autre ingénieur anglais, Joseph Day.
● 1897 : Les débuts du moteur deux temps à distributeur rotatif sont marqués en cette année par l’invention du moteur Ixion par Léon Cordonnier [4].

Après ces années, le moteur deux temps ne se développe plus pour une raison fiscale. Effectivement, comme il y a un temps moteur par tour de vilebrequin, la puissance est double de celle des moteurs quatre temps pour un même cylindré, et c’est pour cela que les impôts sur les moteurs deux temps ont été doublés par les fonctionnaires des impôts de l’époque, qui décourage fortement les constructeurs.

● 1920 : La loi visant à doubler les impôts sur ce type de moteur est finalement annulée ce qui permet ensuite la reprise de recherches sur son amélioration
● 1945 : Des firmes Allemandes et Tchécoslovaques ont eu beaucoup de succès en ayant recours à l’emploi de ces types de moteurs.

Aujourd’hui : Le monde du cyclomotoriste est dominé par les moteurs deux temps tandisque le domaine de l’automobile a abandonné l’usage de ces moteur [5]. Selon ces données, le moteur deux temps n’a pas vraiment subi beaucoup de modifications depuis ses origines du fait de sa simplicité. Ces caractéristiques de simplicité, seront unes des raisons pour lesquelles ce type de moteur a été utilisé pour notre projet.

CARACTERISTIQUES DU MOTEUR A DEUX TEMPS ET COMPARAISON ENTRE MOTEUR DEUX ET QUATRE TEMPS

Caractéristiques du moteur à deux temps

Le moteur deux temps est polluant car il rejette en moyenne 151 grammes d’hydrocarbures par kWh [7]. En comparaison, un moteur à quatre temps de même puissance n’émet que 4 grammes par kWh [7]. La conversion de l’énergie chimique en travail mécanique du moteur à deux temps, cependant, a un rendement presque égal au double de celui d’un moteur quatre temps ce qui donne plus de couple moteur et donc confère au moteur deux temps plus de puissance pour un même cylindré par rapport au moteur quatre temps. Il se distingue du moteur quatre temps aussi par l’absence de soupapes et d’organes de commandes (arbres à cames, culbuteurs). Cette technologie permet donc la fabrication de moteurs de petites tailles avec de grandes performances. Elle permet notamment d’équiper des appareils portatifs tels que : tronçonneuses, tailles haies, groupes électrogènes, tondeuses etc. Il est aujourd’hui très répandu dans les cyclomoteurs ou d’autres engins à moteur comme le karting. Ce type de moteur peut fonctionner à partir de nombreuses sources d’énergie comme l’essence ou le pétrole lampant. Les composantes fondamentales du moteur deux temps qui sont représentées dans le figure qui suit sont:
● un cylindre borgne muni d’une lumière ou canal d’admission et d’une lumière d’échappement et aussi d’un canal de transfert
● un piston (muni d’un déflecteur pour les anciens modèles)
● un carter : Bielle, maneton, vilebrequin et masse d’équilibrage
● une Bougie d’allumage.

Il n’y a pas de carter d’huile mais le graissage se fait par adjonction d’huile spéciale moteur deux temps à l’essence. Les moteurs deux temps sont:
● simples car par rapport aux moteurs quatre temps il n’y a pas de distribution, ni d’arbre(s) à cames ni de soupapes
● facilement reconnaissables par l’implantation basse de l’échappement et du carburateur sur le cylindre, et non sur la culasse
● des moteurs ayant une puissance spécifique voisine de 1,7 fois celle d’un moteur quatre temps
● lubrifiés par mélange (huile dans l’essence) ou par injection d’huile (graissage séparé), d’où une émission de fumée importante
● dotés d’un faible taux de compression géométrique (environ 7), compensé par l’effet de compresseur effectué par la face inférieure du piston dans le cylindre, et le pot accordé [3]. Le taux de compression est déterminé théoriquement par le rapport entre la différence de volume du cylindre au PMB et au PMH et le volume du cylindre au point mort haut.
● reconnaissables par leur bruit spécifique qui est plus aigu que celui d’un moteur à quatre temps.

Fonctionnement d’un moteur à essence à quatre temps

Le moteur à quatre temps est un moteur à combustion interne dont le cycle de fonctionnement s’effectue en 4 étapes. Ce cycle se fait ainsi en deux allés/retours du piston. Les pièces principales qui le composent sont : les cames, les soupapes d’admission et d’échappement, la bougie d’allumage, le piston, la bielle et la chambre de combustion. La lubrification des pièces est assurée par une huile présente dans le carter qui lubrifie les pièces situées sous le piston. Elle lubrifie le vilebrequin, la bielle, et le piston.

1er Temps : L’admission
Le point mort haut constitue le départ du cycle. Pendant cette étape, la soupape d’admission est ouverte tandis que celle de l’échappement est fermée. La descente du piston crée une dépression dans la chambre de combustion qui aspire un mélange gazeux d’air et d’essence provenant du carburateur ou de l’injection via la soupape d’admission.
2e temps : La compression
A cette étape, les deux soupapes sont fermées. Arrivé au point mort bas, le piston remonte pour comprimer le mélange air-essence. Cette compression élève la température du mélange jusqu’à environ 300°C [6].
3e temps : La détente
Un peu avant le deuxième point mort haut, le mélange comprimé air/essence est enflammé par une étincelle produite par les électrodes de la bougie d’allumage. Cette combustion provoque une élévation de pression et de température engendrant l’expansion des gaz, ce qui repousse le piston vers le deuxième point mort bas.
4e temps : L’échappement
A cette étape du cycle, la soupape d’échappement s’ouvre pour évacuer les gaz brulés qui sont chassés par la remontée du piston. Ces informations sur le moteur quatre temps sont nécessaires pour faire une comparaison entre celui-ci et le moteur deux temps.

Table des matières

Introduction
PARTIE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : LES MOTEURS A DEUX TEMPS
I.1 GENERALITES SUR LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE
I.2 ORIGINES DU MOTEUR A DEUX TEMPS
I.2.1 Découvertes
I.2.2 Evolution
I.3 CARACTERISTIQUES DU MOTEUR A DEUX TEMPS ET COMPARAISON ENTRE MOTEUR DEUX ET QUATRE TEMPS
I.3.1 Caractéristiques du moteur à deux temps
I.3.2 Fonctionnement d’un moteur à essence à quatre temps
I.3.3 Fonctionnement du moteur à deux temps
I.4 PERFORMANCES – AVANTAGES ET INCONVENIENTS
I.4.1 Performances
I.4.2 Avantages et inconvénients
I.4.2.1 Avantages par rapport au quatre temps
I.4.2.2 Inconvénients
CHAPITRE II : LA COMBUSTION
II.1 GENERALITES SUR LA COMBUSTION
II.1.1 Combustible
II.1.1.1 Combustible solide
II.1.1.2 Combustible liquide
II.1.1.3 Combustibles gazeux
II.1.2 Le comburant
II.1.3 Les produits de la réaction de combustion
II.1.4 Activateur
II.2. CARACTERISTIQUES
II.2.1 Combustion stœchiométrique
II.2.2. Combustion non stœchiométrique
II.2.3 Combustion non complète (combustion incomplète)
II.3. CHIMIE DE LA COMBUSTION
II.3.1 Equations chimiques de base
II.3.2 Pouvoir calorifique
II.4 L’EXPLOSION
II.4.1 La déflagration
II.4.2 La détonation
CHAPITRE III : LES CARBURANTS
III.1 GENERALITES SUR LES CARBURANTS
III.1.1 Définitions
III.1.2 Les carburants pétroliers
III.1.3 Les Biocarburants et carburants synthétiques
III.1.3.1 Les biocarburants
III.1.3.2 Les carburants synthétiques
III.2 L’ESSENCE
III.2.1 Propriétés de l’essence
III.2.2 Composition de l’essence
III.2.2.1 Caractéristiques de quelques composants
III.2.2.2 Indice d’octane
III.2.3 Combustion de l’essence dans le moteur
III.2.3.1 Chimie de la combustion de l’essence
III.2.3.2 Rendement d’un moteur usuel
PARTIE II : REALISATION EXPERIMENTALE D’UN REACTEUR PANTONE
CHAPITRE IV : PRESENTATION DU REACTEUR PANTONE
IV.1. OBJECTIFS ET INTERETS DU PMC PANTONE
IV.2. HISTORIQUE
IV.2.1 Paul Pantone
IV.2.2 Evolution
IV.3 DESCRIPTION DU REACTEUR
IV.4 STRUCTURE DU REACTEUR
IV.5 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
IV.5.1 Le Bulleur
IV.5.2 Le réacteur endothermique
CHAPITRE V : DISCUSSIONS SUR LES THEORIES DE FONCTIONNEMENT DU REACTEUR PANTONE
V.1 EXPLICATIONS SELON PAUL PANTONE (PRINCIPE DE MICRO-RAFFINERIE)
V.2 L’INJECTION D’EAU DANS LES MOTEURS
V.3 LIBERATION DE DIHYDROGENE
V.4 LA RECUPERATION DE LA CHALEUR ET RECYCLAGE DU GAZ D’ECHAPPEMENT
V.4.1 Ce qui se passe dans le bulleur
V.4.2 Ce qui se passe dans le réacteur endothermique
CHAPITRE VI : REALISATION ET ESSAIS
VI.1 LE MOTEUR UTILISE POUR LA REALISATION
VI.1.1 Propriétés du Groupe électrogène
VI.1.2 Modifications sur le Groupe électrogène
VI.2 REALISATION DU PMC PANTONE
VI.2.1 Matériaux
VI.2.2 Procédures de fabrication
VI.2.2.1 Usinage des pièces du réacteur endothermique
VI.2.2.2 Assemblage du réacteur endothermique
VI.2.2.3 Fabrication du bulleur
VI.2.2.4 Les raccords et autres
VI.3 ESSAIS
VI.3.1 Consommation moyenne du groupe électrogène fonctionnant avec le carburateur d’origine
VI.3.2 Essais avec le réacteur pantone
VI.3.2.1 Préparations
VI.3.2.2 Chauffage du réacteur
VI.3.2.3 Démarrage
VI.3.3 Observations lors du fonctionnement du moteur avec le système pantone
VI.3.3.1 Pendant la marche du moteur
VI.3.3.2 Après l’arrêt du système et du moteur
VI.3.4 Interprétations
VI.3.4.1 Formation de vapeur d’eau dans le bulleur
VI.3.4.2 Réelle influence du réacteur pantone
VI.4 RESULTATS
VI.4.1 Mesures
VI.4.2 Rendement
Conclusion générale

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