BALAYAGE       Précèdent

Balayage, échappement, transferts

Le balayage est la phase au cours de laquelle les gaz frais venant du carter, rentrent dans le
cylindre et poussent les gaz brûlés devant eux, vers la lumière d’échappement.

Le balayage

Cette phase constitue un problème clef de la conception d’un moteur 2T de haute puissance spécifique. Elle est particulièrement complexe puisqu’il faut à la fois :
- Vider le cylindre des gaz brûlés
- Le remplir de gaz frais
- Ne pas perdre trop de gaz frais par l’échappement

Si le balayage devait être réalisé uniquement par la précompression des gaz frais dans le carter, la chose serait pratiquement impossible. Le balayage est en fait beaucoup plus complexe que ce qui est décrit dans le shéma de fonctionnement théorique du 2 T (que vous connaissez tous par cœur…n’est-ce pas ?!…)

La lumière d’échappement s’ouvre la 1ere ; les gaz d ‘échappement , qui ont encore une assez forte pression commencent à s’échapper d’eux même. La pression dans le cylindre baisse alors progressivement ; lorsque les transferts s’ouvrent, elle est devenue assez faible pour que les gaz frais pénètrent à leur tour dans le cylindre. Avec un échappement bien accordé, ce sont même les gaz brûlés qui, en s’échappant aspirent les gaz frais dans le cylindre, avant de les y retenir grâce à l’arrivée de l’onde de contre-pression réfléchie par le convergent du pot de détente.

Ceci admis, il reste encore à voir quels sont les dispositifs mis en œuvre pour :
- Supprimer le « court-circuitage » des gaz frais vers la lumière d’échappement
- Eviter qu’il ne subsiste dans le cylindre une zone neutre, non balayée qui ne serait pas vidées de ses gaz brûlés
- Eviter que gaz frais et gaz brûlés ne se mélangent au cours de l’opération

L’absence de mélange de ces gaz tient essentiellement à leur différence de densité et de pression. Les gaz frais sont nettement plus denses que les gaz brûlés ; leur pression est également plus élevée grâce au décalage d’ouverture entre l’échappement et les transferts.

Le procédé de balayage assure une bonne direction aux différentes colonnes gazeuses, ce système inventé par le Dr Schnurle, utilise 2 transferts situés de part et d’autre de l’échappement. Ils dirigent les gaz frais dans une direction opposée à celui-ci ; d’abord dirigés parallèlement à la calotte du piston, les gaz frais se rejoignent à l’opposé de l’échappement et remontent ensuite vers la culasse, chassant devant eux les gaz brûlés. Vous comprenez ainsi la nécessité de « toucher » avec prudence à la forme des transferts !…

Ce balayage a par la suite été amélioré avec la création d’un 3e transfert débouchant ds le bas du cylindre (type TT ou « through the trim » comme sur les moteurs Dtr et Tdr)

La dimension des lumières

La hauteur et la largeur des lumières d’échappement et de transfert sont l’objet d’un compromis. Pour profiter pleinement de la pression des gaz dans la chambre de combustion, il serait souhaitable d’ouvrir la lumière d’échappement le plus tard possible, d’un autre côté, on ne peut remplir le cylindre de gaz frais sans l’avoir vidé auparavant.

Une puissance spécifique élevée demande un régime de rotation élevé, mais plus le régime augmente, plus il y a de gaz à déplacer, alors que le temps disponible pour effectuer les transferts gazeux est raccourci. Il devient alors nécessaire d’avoir des ouvertures plus grandes et longues pour assurer un bon écoulement gazeux ; ceci peut se faire en augmentant la largeur ou la hauteur des lumières.

Alors que l’accroissement de la largeur d’une lumière n’augmente que sa surface, l’accroissement de sa hauteur augmente en plus son temps d’ouverture. La hauteur des lumières sera donc déterminante sur les caractéristiques d’un 2 T.

Plus on désire obtenir une puissance élevée, plus le temps d’échappement devra être long, avec en contre-partie, une ouverture prématurée et une perte de puissance à bas régime.
On est donc limité à une hauteur d’échappement relativement raisonnable, compensée par une grande largeur des lumières.


La largeur des lumières

Sur un moteur poussé, la largeur des lumières est surtout limitée par la segmentation, qui ne doit pas accrocher à la descente ou à la remontée du piston. Si on prend l’angle du centre du cylindre vers les extrémités de la lumière, on estime qu’un segment peut supporter une largeur de la lumière d’échappement de 60 à 65° sur un moteur de tourisme et jusqu’à 70° sur un moteur de compet. Au delà de ces valeurs, il est indispensable de séparer la lumière en 2 avec une barrette.

La largeur de la lumière d’échappement est aussi limitée par l’espace minimum à ménager entre les transferts et l’échappement pour éviter que les gaz frais ne soient « court-circuités » et ne s’échappent partiellement avec les gaz brûlés.

La hauteur des lumières

La hauteur des lumières est le point le plus important ; il faut que le décalage entre l’échappement et les transferts soit tel que la plus grande partie des gaz brûlés soit évacuée au moment de l’ouverture des transferts. Si ce n’est pas le cas, les gaz brûlés en pénétrant dans les transferts échauffent le carter et diminuent son remplissage en même temps qu’ils font travailler l’embiellage dans des conditions désastreuses. Dans la pratique, sur les moteurs de bonne puissance spécifique, ce décalage est presque toujours compris entre 25 et 35% du diagramme d‘échappement (pour 200° d’échap, on aura donc entre 130 et 150° de transfert)

Il faut enfin signaler que le rapport entre la surface totale des transferts et celle de l’échappement est toujours voisin de 1. La surface des transferts représente selon les cas de 80 à 110% de celle de l’échappement. Il faut en retenir pour la préparation que l’on doit éviter de modifier fortement une de ces surfaces sans adapter l’autre dans le même sens.

La forme de l’échappement

La forme la plus utilisée est la lumière ovale qui, à largeur égale fatigue moins les segments. Sur les moteurs sportifs, compte tenu que la phase la plus efficace de l’échappement doit se trouver avant l’ouverture des transferts, on a imaginé d’autres formes plus ou moins complexe où le haut de la lumière d’échappement est plus large que la base.

Le polissage des lumières

On s’accorde à peu près toujours sur le fait qu’il est utile de polir la lumière d’échappement. On limite ainsi les dépôts de calamine et on améliore l’écoulement des gaz brûlés. Le polissage des transferts est nettement plus controversé. L’écoulement d’un gaz dans une tubulure ne se fait pas de manière uniforme. La vitesse de l’écoulement à la périphérie est limitée par le frottement sur les parois ; il se crée à cette périphérie une couche de gaz accrochée aux parois et pratiquement immobile appelée « couche limite ».La perte d’énergie due à ce frottement est appelée perte de charge. La couche limite gomme les petites imperfections de la surface et évite le décollement des filets gazeux.

Le polissage diminue les pertes de charge ; il permet donc à section et à pression égales, un meilleur écoulement gazeux. Par contre, la diminution de l’épaisseur de la couche limite peut se traduire par la création de remous plus importants qu’avant polissage…..

Dans tout les cas, il est toujours utile d’éviter dans les transferts la présence d’irrégularités superflues comme les traces de noyaux de fonderie et les défauts de raccordement entre les différentes pièces .Le fin du fin est de faire un ajustage très soigneux avec des canaux bien réguliers et identiques. Une fois le résultat atteint , l’ensemble sera microbillé pour recréer en surface une fine granulométrie qui garantira une couche limite fine et régulière.

Bruno.