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Etonnante prouesse : le moteur à 4 temps qui fonctionne aussi à 2 temps

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En conciliant les cycles à 2 et 4 temps, des ingénieurs britanniques sont parvenus à réduire substantiellement la consommation et les émissions de gaz carbonique d'un - gros - moteur Diesel.

Dopé à l'électronique, le moteur mixte 2 temps-4-temps est entièrement géré par un ordinateur. © Ricardo

Pour un mécanicien, l'information ressemble à un poisson d'avril. Mais la date est passée et ce moteur mixte 4 temps-2 temps existe bien. Il vient d'être présenté par la société britannique Ricardo, qui y travaille depuis plusieurs années, et a déjà tourné sur banc. Selon le communiqué de presse, l'économie de carburant obtenue sur ce V6 de deux litres à cycle Diesel serait de 27 % et l'émission de gaz carbonique (CO2) réduite d'autant.

L'idée de départ est de cumuler les avantages du 2-temps (puissance plus élevée à cylindrée égale, reprises plus nerveuses) à ceux du 4-temps (pas d'ajout d'huile dans le carburant donc pollution plus faible, usure mécanique plus lente). En pratique, le moteur de Ricardo, baptisé 2/4 Sight, fonctionne en quatre temps en marche normale mais passe en deux temps quand il lui faut fournir une forte puissance (démarrage ou accélérations).

Mais comment faire ? Avec des solutions purement mécaniques, c'est impossible. Comment son nom l'indique, le moteur à quatre temps fonctionne selon un cycle en quatre étapes, comprenant deux allers et retours du piston : l'admission (le piston aspire le mélange dans le cylindre), la compression (le mélange est comprimé par le piston), l'explosion (qui repousse le piston) et l'échappement (le piston refoule les gaz brûlés). Durant ces mouvements, des soupapes s'ouvrent et se ferment pour dégager et obturer les conduits d'admission et d'échappement. On remarque que dans ce ballet mécanique, le piston n'est activement poussé par l'explosion que lors d'une étape sur quatre.

Il faut donc deux tours de l'arbre du moteur (le vilebrequin) pour un cycle complet. Dans le moteur deux temps, une explosion a lieu à chaque tour. Au moment où elle a lieu, le piston est poussé et en profite pour comprimer, sur son autre face, le mélange préparé pour l'explosion suivante. De même, l'admission se déroule simultanément à l'échappement. Un tel moteur à deux temps n'a pas de soupapes.

L'informatique aux commandes

Pour concilier les deux modes, les ingénieurs de Ricardo font appel à l'électronique. Comme sur tous les moteurs modernes, c'est elle qui gère l'injection. Mais sur le 2/4 Sight, elle commande aussi le mouvement des soupapes (par une liaison hydraulique). Il n'y a donc plus d'arbre à cames et on peut imaginer toutes les fantaisies possibles dans les moments d'ouverture et de fermeture des conduits d'admission et d'échappement. En mode deux temps, les soupapes d'échappement et d'admission s'ouvrent presque en même temps tandis que le piston cesse de monter et commence à redescendre.

Les cylindres deviennent même indépendants et leur fonctionnement peut ainsi être régulé finement. Cette possibilité est déterminante lors de la transition entre deux temps et quatre temps. Pour qu'elle soit douce, les six cylindres ne doivent pas l'effectuer simultanément mais en léger décalage. L'opération n'est pas manuelle bien sûr. Le système informatique déclenche la transition et la gère en fonction de la demande de puissance transmise par la pédale d'accélérateur. Avares de détails, les ingénieurs ne vont guère plus loin dans les explications.

Pour les mesures au banc, les tests ont simulé le fonctionnement d'une grosse berline de quatre places pesant 1,8 tonne. Le résultat est un couple énorme, de 150 Nm/l (newtons.mètres par litre de cylindrée) à 1.000 tours par minute et de 230 Nm/l à 2.500 tours par minute. La consommation serait réduite de 27% et les émissions de gaz carbonique descendraient de 260 à 190 grammes/km.

Mais ces chiffres doivent être relativisés car la référence utilisée est un gros moteur de 3,5 litres de cylindrée. Or d'autres méthodes permettent de faire mieux, notamment la commande  électronique des soupapes. Toutefois, cette réalisation démontre qu'il reste encore une belle marge de manœuvre aux ingénieurs, surtout grâce à l'informatique, pour améliorer le moteur à explosion plus que centenaire. En attendant le tout électrique et l'hydrogène...