Un moteur à deux temps est un moteur à explosion qui comporte un ou des pistons qui se déplacent dans les cylindres et effectuent un cycle complet de combustion en seulement deux mouvements linéaires. Le déplacement du piston dans le cylindre, par l’intermédiaire des conduits des lumièresCycle à deux temps, sur super-soupape.com. entre la partie basse du carter et la partie haute du cylindre, permet d’évacuer les gaz brûlés et de remplir le cylindre de gaz (vapeur de carburant et comburant) frais au moyen de la boîte à clapet. Une autre technique de moteurs à deux temps repose sur des admission et échappement par soupapes, comme les moteurs Diesel de marque Cummins. Aucun gaz ne passe dans le carter, le balayage est fait directement dans le cylindre, l'injection se fait une fois les soupapes fermées.
vignette|Animation du fonctionnement d'un moteur à deux temps.
Origine S'inspirant des travaux de Pierre Hugon, le premier moteur à deux temps a été conçu par l'ingénieur belge Étienne Lenoir en 1859. Ce moteur a été amélioré par l'ingénieur écossais Dugald Clerk en 1878.
Le moteur à deux temps dans une forme à peu près identique à ce que nous connaissons aujourd'hui a été conçu par un autre ingénieur anglais, Joseph Day, en 1889.
Le moteur Ixion est inventé en 1897 par Léon Cordonnier. et marque les débuts du moteur à deux temps à distributeur rotatif..
Cycle du moteur vignette|Cylindre à deux temps vu de dessous :- à gauche l'échappement, - à droite, l'admission : les gaz d'admission passent dans le bas moteur, puis dans les deux transferts (en haut et en bas sur la photo) pour aboutir dans le cylindre.
Le cycle d’un moteur à explosion à deux temps diffère du cycle de Beau de Rochas en ayant un cycle de seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. On a ainsi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose ainsi« Valse en deux temps ! », sur tract-old-engines.com. : Compression, combustion, détente puis échappement avec transfert du mélange combustible frais par la fenêtre de transfertCes actions combinées ne permettent pas un mélange gazeux optimum, car les gaz frais poussent les gaz brulées, d’où risque de mélange des deux. Cependant sur les gros moteurs, l'injection directe évite ce problème. ; Admission, aspiration puis compression du mélange dans la partie basse du moteurLa dépression créée par la remontée du piston déclenche l'ouverture du clapet et l'admission du mélange carburant plus air plus huile de lubrification..
Les étapes sont les suivantes : le piston () est au point mort haut. La bougie déclenche la combustion et le piston descend. C'est la partie motrice du cycle, ou détente, le reste du parcours résultera de l'inertie due à cette détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée () du mélange vers le carter (4) se ferme, et la compression du mélange présent dans le carter, sous le piston, commence ; arrivé à proximité du point mort bas (image « Admission et échappement »), le piston débouche la lumière d'échappement () et celle de transfert du mélange du carter vers le cylindre () : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de la combustion (zone 1 de l'image). Il s'agit de l'étape dadmission - échappement ; en remontant (image « Compression »), le piston comprime le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement () et l'entrée de mélange dans le cylindre (), tout en créant une dépression dans le carter () qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par le conduit d'arrivée () dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle de « compression » ; une fois le piston arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du premier point.
centré|Schéma de fonctionnement du moteur à deux temps.
Particularités Moteurs simples (simplicité de la distribution ; sauf cas particuliers dans certains moteurs Diesel industriels comme les Detroit Diesel ), légers, avec peu de pièces en mouvement. Moteurs facilement reconnaissables par l'implantation basse de l'échappement et du carburateur sur le cylindre, et non sur la culasse. Puissance spécifique voisine de 1,7 fois celle d'un moteur à quatre temps (il a fallu autoriser les quatre temps de de cylindrée pour obtenir un équivalent des moteurs à deux temps de sur les motos de Grand Prix qui étaient très polluantes à cause de la combustion d'une partie de l'huile servant à la lubrification, mais aussi du fait de la demande des différents constructeurs qui ont fait pression sur la Fédération internationale de motocyclisme). Consommation de carburant en rapportDu fait de l'ouverture simultanée de la lumière d'admission de gaz frais et de celle d'échappement.. Lubrification par mélange (huile dans l'essence) ou par injection d'huile (graissage séparé), d'où émission de fumée (les dernières normes relatives aux huiles pour moteurs à deux temps imposent des émissions de fumée extrêmement faibles, selon la ). 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, aboutissant à une compression réelle de 10 voire plus dans le domaine de la compétition. Production importante de gaz imbrûlés du fait de la communication des transferts avec l'échappement (sauf avec les moteurs à injection directe). Forme de la chambre de combustion pouvant être proche de l'idéal du fait de l'absence de soupapes. Bruit spécifique, plus aigu que celui d'un moteur à quatre temps qu'il se produit une explosion par tour, au lieu d'une tous les deux tours pour un quatre temps (, un moteur à six cylindres produit un son plus aigu qu'un bicylindre ou un quatre cylindres)..
Évolutions Le moteur à deux temps n'a pas toujours eu les performances qu'on lui connaît aujourd'hui. Il s'agissait même auparavant d'un moteur capricieux, poussif et au rendement désespérément faible. Très tôt, les ingénieurs apportent des évolutions pour contrecarrer le principal problème du moteur à deux temps, le fait que les lumières d'admission et d'échappement ne soient pas totalement fermées lors de la phase montante du piston provoque deux phénomènes : faible compression du mélange ; croisement des gaz frais et gaz brûlés au niveau du cylindre et de l'échappement (on appelle cela le balayage). Plusieurs évolutions sont donc développées au fil du temps. Certaines sont aujourd'hui répandues, d'autres plus marginales.
Les évolutions majeures sur les moteurs grand public sont les suivantes : Pot de détente accordé Ce pot permet d'améliorer le balayage en repoussant les gaz frais dans le cylindreLes pots d'échappement d'origine sur les cyclomoteurs homologués en France disposent volontairement d'un faible débit afin de brider le moteur pour éviter de dépasser .. Le terme « pot de détente » est une appellation répandue mais impropre (on l'utilise aussi pour le pré-silencieux des systèmes d'échappement automobile) ; techniquement il est plus correct de parler de résonateur. L'accord du pot de détente-résonateur est une science complexe et pour partie empirique, les préparateurs développant de véritables bibliothèques de pots d'échappement, dont certains conviennent aux circuits tortueux et d'autres aux circuits avec de longues lignes droites, jouant de subtiles différences dans les quatre éléments : tube d'échappement, cône divergent, contre-cône convergent et tube de fuite. Sans entrer dans les détails, un résonateur court et ventru favorise la puissance maximum mais sur une plage de régime étroite tandis qu'un résonateur plus fin et plus long favorise la souplesse et la polyvalence du moteur au détriment de la puissance maximale. Les propagations d'ondes de pression et de contre-pression dans un résonateur deux temps sont assez semblables à celles rencontrées dans le pulsoréacteur qui fut développé durant la Seconde Guerre mondiale pour les . Les calculs permettant la conception des pots de détente tiennent compte d'une vitesse de l'onde de l'ordre de par seconde pour une température de . Ce concept ayant été développé en 1955 par CZ (marque de moto tchécoslovaque) a été une des principales améliorations du moteur à deux temps.
Clapets à l'admission Ces clapets peuvent être plats ou en forme de toit afin de rendre asymétrique le cycle d'admission dans le carter. Il se trouve généralement sur le carter (parfois sur le cylindre). L'admission par clapet constitue à elle seule une petite révolution : elle permet l'ajout d'un transfert à l'arrière du cylindre, rendant ainsi le moteur plus performant, et supprime le problème de refoulement de gaz dans le carburateur, ce qui permet aussi un démarrage plus facile à froid et de meilleures reprises (pré-compression améliorée). Ces clapets plats « en marguerite » ont été d'abord utilisés en série par les fabricants de moteurs hors-bord (Kiekhafer-Mercury, OMC-Johnson-Evinrude). La firme japonaise Yamaha et suédoise Husqvarna perfectionnèrent ce système avec les clapets « en toit » appelés commercialement permettant un meilleur débit et un vrai contrôle des phénomènes de résonance. D'autres évolutions consisteront à remplacer les lamelles de premières génération par d'autres en époxyde ou en carbone. Comme tout système cyclique, la fréquence de résonance pouvant perturber le bon phasage de fermeture et d'ouverture. Il n'existe pas d'étude sur ces systèmes si ce n'est dans le domaine des compresseurs frigorifiques. Toutefois, il a été déterminé que les clapets en carbone sont préférables pour les plages de fonctionnement en haut régime, alors que ceux en époxyde favorisent les bas et mi-régimes. L'inconvénient de ces boites à clapets réside dans la perte en charge ne permettant pas de remplissage complètement optimisé. Néanmoins, c'est le meilleur système d'admission car il est complètement auto-adaptatif.
Autres systèmes d'admission Le distributeur rotatif a 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.
Variation de la lumière d'échappement en fonction du régime Cela permet d'augmenter le temps d'échappement à haut régime. Rare sur les cyclomoteurs mais répandus sur les machines de plus grosses cylindréesYamaha fut pionnière avec une valve rotative d'échappement (liée à la poignée des gaz) nommée « YPVS » (Yamaha Power Valve System).. 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.
Allumage à avance variable