Vous connaissez probablement le moteur diesel à quatre temps. C’est le cheval de bataille sous le capot de votre camionnette ou le bloc moteur de votre berline. Il inspire, comprime, tire et expire dans une danse rythmée en quatre parties. Ensuite, il y a le moteur à deux temps que vous pourriez reconnaître grâce au gémissement strident d’une tronçonneuse ou au vrombissement d’un jet ski. Ces petits moteurs sont plus simples, plus légers et fonctionnent à un tour sur deux.
Mais que se passe-t-il lorsque vous adaptez l’efficacité de ce moteur à deux temps à la taille d’une maison ?
Vous obtenez les géants qui font avancer le commerce mondial. Les énormes moteurs diesel qui alimentent les locomotives, les porte-conteneurs et même les installations de production d’électricité à grande échelle n’utilisent pas uniquement du carburant diesel. Ils combinent souvent l’efficacité de combustion du diesel avec le cycle rapide d’un moteur à deux temps. Cette approche hybride crée certains des dispositifs mécaniques les plus puissants jamais construits.
Nous allons découvrir comment fonctionnent réellement ces géants diesel à deux temps. Il ne s’agit pas simplement d’une version agrandie du moteur de votre voiture. La physique, l’ingénierie et l’échelle sont dans une tout autre catégorie.
La mécanique du cycle géant
Pour comprendre pourquoi ces moteurs sont différents, il faut regarder le cycle lui-même. Dans un moteur diesel standard à quatre temps, le piston monte et descend deux fois à chaque course motrice. Admission, compression, puissance, échappement. C’est fiable. C’est mature. Mais cela est également limité par le nombre de fois que vous pouvez déplacer ce piston en une heure.
Un moteur à deux temps réduit cela de moitié. Un en haut, un en bas. Mettez sous tension à chaque révolution.
Pour une tronçonneuse, cela signifie plus de puissance pour moins de poids. Pour un moteur de navire de 60 tonnes, cela signifie un couple continu et implacable sans la complexité des soupapes en tête et des arbres à cames au sens traditionnel du terme. Mais il y a un piège. Comment faire entrer et évacuer l’air frais si le piston fait tout le travail ?
La réponse réside dans le nettoyage.
“Le balayage est le processus qui consiste à éliminer les gaz d’échappement du cylindre et à les remplacer par de l’air frais.”
Dans les petits deux temps, cela se fait souvent via des ports situés dans la paroi du cylindre. Le piston lui-même fait office de valve. En descendant, il découvre l’orifice d’échappement. En montant, il recouvre l’orifice d’admission. C’est brut. C’est compliqué. Cela gaspille du carburant. Mais pour les moteurs massifs, la simplicité l’emporte sur l’inefficacité.
Cependant, ce ne sont pas seulement de grosses tronçonneuses. Ce sont des instruments de précision. La taille change tout. Un moteur diesel 9 cylindres à deux temps peut être aussi haut qu’une maison à trois étages. Le piston à lui seul peut peser plusieurs tonnes. Et ils fonctionnent à des vitesses beaucoup plus lentes que le moteur de votre voiture, tournant souvent à moins de 100 tr/min.
Pourquoi deux temps ? Pourquoi maintenant ?
Vous vous demandez peut-être pourquoi les constructeurs ne s’en tiennent pas aux moteurs à quatre temps pour tout. Après tout, les quatre temps sont plus efficaces en termes de consommation de carburant par kilomètre dans les petites applications. Ils ont un meilleur contrôle des émissions. Ils sont plus faciles à régler.
Alors pourquoi opter pour le deux temps pour les géants ?
Couple.
Les moteurs des navires n’ont pas besoin de monter en régime. Ils n’ont pas besoin de changer de vitesse. Ils doivent pousser
Pourquoi le diesel bat l’essence en deux temps
Si vous connaissez déjà les bases du fonctionnement des moteurs à deux temps, vous connaissez probablement la statistique principale : ils allument la bougie deux fois plus souvent qu’un moteur à quatre temps. Une fois par tour de vilebrequin. Ce potentiel théorique signifie qu’un deux temps peut pomper deux fois la puissance d’un quatre temps comparable. Mais il y a un piège.
Le moteur à essence traditionnel à deux temps aspire une charge air-carburant pré-mélangée. Ce cycle est compliqué. Un morceau de carburant non brûlé s’échappe à chaque recharge du cylindre. Cela gaspille du carburant et pollue.
Entrez dans l’approche diesel.
Les moteurs diesel compriment d’abord l’air pur. Ensuite, ils injectent du carburant directement dans cet air chaud et comprimé. Cette méthode est bien mieux adaptée au cycle à deux temps. Parce que vous ne pompez pas de carburant brut par les gaz d’échappement, l’efficacité monte en flèche. Les émissions baissent. C’est pourquoi les grands fabricants de gros moteurs diesel utilisent cette configuration pour construire des monstres de grande puissance.
L’anatomie d’un diesel à deux temps
Regardez la disposition d’un moteur diesel à deux temps typique. Cela ne ressemble en rien à ce que l’on trouve sous le capot d’une voiture.
Au sommet du cylindre se trouvent deux ou quatre soupapes d’échappement. Ils s’ouvrent tous simultanément. Là aussi se trouve l’injecteur de carburant diesel (surligné en jaune dans les schémas). Le piston est allongé. Cette longueur supplémentaire permet au piston lui-même de faire office de soupape d’admission. Au bas de sa course, le piston découvre des orifices d’admission d’air.
L’air d’admission est pressurisé par un turbocompresseur ou un compresseur. Le carter est scellé et retient l’huile, tout comme un quatre temps standard.
Voici le cycle diesel deux temps en action :
- Le piston se trouve en haut de sa course. Le cylindre contient de l’air hautement comprimé. L’injecteur de carburant diesel pulvérise du carburant dans la chambre. La chaleur et la pression l’enflamment instantanément. Même physique d’allumage qu’un diesel standard.
- La pression de combustion fait descendre le piston. C’est le coup de puissance.
- Près du bas de la course, toutes les soupapes d’échappement s’ouvrent. Les gaz d’échappement s’échappent, relâchant la pression.
- En bas, le piston découvre les orifices d’admission d’air. L’air sous pression afflue, chassant les gaz d’échappement restants.
- Les soupapes d’échappement se ferment. Le piston remonte, recouvrant les orifices d’admission et comprimant l’air frais. C’est le coup de compression.
- Près du sommet, le cycle se répète.
La différence avec un deux temps à essence est frappante. Seul l’air remplit le cylindre. Aucun carburant non brûlé ne s’échappe. Pas de cauchemars environnementaux. Mais il y a un compromis. Un moteur diesel à deux temps a besoin d’un turbo ou d’un compresseur. Cela ajoute du coût et de la complexité. Vous ne trouverez jamais de moteur diesel à deux temps dans une tronçonneuse. Ce serait exagéré. Et bien trop cher.
Moteurs EMD de General Motors
La gamme de moteurs EMD de General Motors définit la race diesel à deux temps. Introduits dans les années 1930, ces géants propulsent une grande partie des locomotives diesel circulant sur les voies américaines.
Il y a eu trois séries successives : la 567, la 645 et la 710. Les chiffres font référence à des pouces cubes par cylindre. Une configuration typique comporte 16 cylindres. Déplacement total ? Environ 10 000 pouces cubes. Considérez qu’un moteur de 5 litres (305 pouces cubes) est considéré comme massif dans une voiture. Un moteur EMD est une espèce totalement différente.
Prenez l’EMD 645E3. Voici les spécifications :
- Diamètre du cylindre : 9-1/16 pouces
- Course du piston : 10 pouces
- Déplacement par cylindre : 654 pouces cubes
- Cylindres : 16 ou 20
- Taux de compression : 14,5:1
- Soupapes d’échappement par cylindre : 4
- Poids (16 cylindres) : 34 526 lb (15 661 kg)
- Poids (20 cylindres) : 40 144 lb (18 209 kg). Remarque : le carter d’huile pèse à lui seul plus d’une tonne.
- Régime de ralenti : 315 tr/min
- Pleine vitesse : 900 tr/min
- Puissance : ~4 300 ch
Ce n’est pas une voiture. C’est une centrale électrique en mouvement.
Pour en savoir plus sur les moteurs diesel à deux temps et autres architectures de moteurs, consultez les liens sur la page suivante.
