L’ injection directe sur un moteur 2 temps.

Texte : Marc ALIAS, journaliste technique. CP n° 94236. Photos : Marc ALIAS et DR

Mots clés : injection directe 2 temps, SYNERJECT, asDI, moteur , puissance pollution, normes

Alors que la propagande 4 temps initiée et orchestrée par le plus grand fabricant Mondial de 2 roues se décline depuis la Formule 1 (!) puis le moto gp, le MX et le karting, les médias classiques et les revendeurs, semblent aussi abusés que fin 1995, avec le retentissant vrai faux-procès du Diesel ! Aujourd’hui, tout le monde reconnaît aux TDI, CDI et autres HDI leurs immenses vertus y compris écologiques, dues à leur cycle diesel économique par nature. Pourtant, il est toujours très tentant et très facile de trouver un bouc émissaire à tous les graves problèmes que nous connaissons, en particulier celui de la pollution. Or, sous ce prétexte à la mode, il ne s’agit pour son habile promoteur que d’une simple mais importante stratégie économique pour promouvoir leur éternel credo 4 temps et…surtout de vendre des licences et des usines de fabrication de vieux moteurs 4 temps en Chine, en Asie et même en Europe ! Démonstration de cette supercherie mondiale avec les spécialistes incontestés et incontestables de l’injection directe pneumatique, j’ai nommé : Synerject !

Aprilia SR50 Injection Directe

Pourquoi suivre le troupeau ?

Souvenez-vous, fin 2001, sous ce titre un brin provocateur, j’avais déjà évoqué cette entreprise innovante lors du premier article qui initia la rubrique « 2 temps » dans le numéro 43 de Moto technologie. C’était un hommage à Aprilia pour la courageuse commercialisation du premier système d’injection directe « Ditech » Européen sur le scooter 50 cm3 SR 50 : Une stratégie très pertinente contre les Japonais. Songez donc : le SR 50 passe à 560 km d’autonomie toujours avec ses 8 litres d’essence, 4500 km d’autonomie coté huile moteur, et toujours 8.5 cv à 8500 tr/mn sans suralimentation ! Qui dit mieux ? Personne ! Du coup, ce système qui a révolutionné le 2 temps, s’est bien répandu, au grand dam des pro 4 temps! En effet, nous comptons actuellement plus de 30 modèles 2 temps dont 7 en deux roues, en injection directe donc dépollués et aptes aux normes Euro 2 et Euro 3 de 2006! Signalons au passage, lors du tout dernier Mondial du 2 roues à Paris, que Peugeot Mtc a même annoncé passer du 50 cm3 au 125 cm3 TSDI (Two Strokes Direct Injection) avec son superbe Ludixqui a en profité pour glaner le 2 ème prix du design catégorie Scooter, décerné par la célèbre Motorcycle Design Association. Rappelons qu’il a déjà obtenu le Janus de l’Industrie en 2003, le prix du sénat du Concours Lépine en 2004 et tout récemment, une étoile de L’observateur du design 2005. De plus,Peugeot Mtc annonce à juste titre, que ce nouveau modèle va surpasser en performances ses concurrents 4 temps dès sa sortie en France retardé à courant 2005, pour les raisons marketing de lancement du 125 4 temps compressor. A propos, je vous parie que le Ludix 125 2 temps TSDI sera aussi performant sinon plus débridé et toujours plus économe en carburant : assez génant pour un lancement simultané n’est ce pas ? Par ailleurs, le dossier presse Peugeot 2004 ne tarie pas d’éloges pour cette symbiose idéale entre l’injection directe pneumatique Synerject et le 2 temps, jugez plutôt par cet extrait :

 » Ludix: Le retour du 2 temps en 125 cm3. En comparaison d’un moteur « 4 temps » de même cylindrée (et aux même régimes, ndla), un moteur « 2 temps » est :

– 30 % plus léger

– 30 % moins cher

– 30 à 40 % moins encombrant

– jusqu’à 50% plus performant « 

Il est clair que l’avenir du moteur 2 temps passe par l’injection électronique directe de carburant en culasse, car une fois équipé d’un tel système, comme celui de Synerject Orbital utilisé sur nos 50 cm3 TSDI, ce moteur oublie la plupart des inconvénients traditionnels du 2 temps :

– Il respecte les niveaux de réglementation antipollution Euro 2 et respectera les niveaux Euro 3 au même prix de revient qu’un 4 temps, voire moins…

– Il devient plus apte qu’un moteur 4 temps à accepter des niveaux de dépollution encore sévérisés (le 4 temps est pénalisé par ses émissions de CO et de NOx).

– Il n’émet pratiquement plus de fumées visibles (et souvenez-vous que le pire des pollutions vous échappe…ndla)

– Sa consommation de carburant est de 10 à 20 % plus faible que celle d’un 4 temps à carburateur de même cylindrée et équivalente au plus récent 4 temps 4 soupapes en injection indirecte du Honda Zoomer 50.

En outre sa taille réduite permet de l’installer dans des véhicules compacts qui deviennent ainsi extrêmement dynamiques. »…et non pas lymphatiques ou pudiquement « utilitaires » comme tousles 4 temps.

Ainsi, ce n’est plus seulement mon avis personnel que je partage avec vous depuis plus de 3 ans à travers les colonnes de la presse moto, mais bien celui d’un grand constructeur français techniquement au top, qui l’applique déjà à quatre modèles différents de sa gamme! Je tiens à saluer ici cet authentique exploit plus « diplomatique » que…technique, face aux responsables produit ignorants et aux « vieux » dirigeants garant de traditions désuètes, à priori, encore plus sceptiques que vous! Après avoir longtemps erré et même fait « marcher sur la tête » leurs ingénieurs, nos décideurs sont aujourd’hui séduits par les résultats concrets conformes aux prévisions des bureaux d’études. Bien d’autres constructeurs sont sur la même voie, 2 temps et injection directe, comme Piaggio avec son Scooter NRG 50 cm3 et le Gilera Runner 50 PureJet. Citons aussi, Aprilia qui a révélé au Salon Moto de Milan 2003, un projet de maxi-scooter Léonardo 2 Temps mono cylindre aux performances inégalables en 500 cm3 atmosphérique, avec 2,9 litres de SP 95 à 110 km/h, 12,5 s au 400 m D.A. et 170 km/h en pointe, et, en signe de dynamisme, Kymco lui-meme, avec son système KDI Synerject (voir encadré 1) .Espérons que les difficultés financières d’Aprilia ne vont pas faire péricliter cet audacieux projet… En résumé, un solide front 2 temps européen se dresse contre la pandémie 4 temps de l’empire du soleil levant, menés par la stratégie monotype Honda. Comment le 2 temps a-t-il pu revenir contre la volonté du plus puissant constructeur mondial de 2 roues? Ce n’est pas un miracle, mais plus simplement une bonne solution technique à un problème…technique, justement !

Démonstration officielle interne de septembre 2002 chez Piaggio Engine division. Ces mesures exclusives confidentielles sont enfin déclassifiées. Encore une fois, la faible cylindrée ne peut plus masquer les tares du 4 temps en puissance comme en couple. A normes de dépollution (Euro2) et cylindrées égales, le 2 temps est toujours vainqueur avec 61 % de couple et 72 % de puissance en plus que le 4 temps et ceux, à des régimes comparables. Ces superbes performances sont obtenues pour 2 litres/100 km sur le cycle ECE 47.

Welcome to Synerject

Tel est le titre de la présentation que m’a préparé Dominique Loze, le directeur de l’implantation toulousaine deSynerject SAS. Cette joint venture à parts égales entre SiemensVDO Automotiveet Orbital Engine Corporation (Australie) est présente sur quatre continents dont le notre grâce au site de Siemens VDO. Là, depuis 1997, ses 25 ingénieurs et techniciens conçoivent et font réaliser en interne le module d’injection pneumatique d’injection directe (OCP DI). Dès l’année suivante, en 1998, la responsabilité du contrôle moteur des deux roues leur sera confiée puis s’est étendue, depuis cette année, aux applications marines, moto neiges, quads etc…En bref, tout ce qui n’est pas Automobile. En parallèle avec Synerject North América, Synerject Europe assure l’intégration et le développement de l’OCP chez ses clients et l’indispensable suivi qualité avec un résident sur site, au besoin, comme chez Peugeot, Aprilia et Rotax. Cette entreprise pas comme les autres, développe et commercialise deux systèmes d’injection basés sur l’Orbital Combustion Process australien : le SePi ou Synerject électronic Port Injection, un système d’injection indirect pour 4 temps baptisé EFI chez Peugeot et l’asDI ou air assist Direct Injection pour la renaissance du deux temps de notre sujet. Voyons donc ensemble dans le détail comment fonctionne ce miraculeux système d’alimentation…

Voici un des secrets de la combustion stratifiée en injection directe : notez la concentration du spray pré-carburé vers la bougie. Les degrés indiquent la position angulaire du vilebrequin avant le point mort haut (PMH).

AsDI on !

L’asDI développé par Orbital en Australie revêt différents noms commerciaux et des aménagements particuliers selon les applications mais restent identiques sur le principe de fonctionnement que nous illustrerons par l’exemple du Peugeot TSDI (Two Stroke Direct Injection)

Le principe de base du fonctionnement du système d’injection directe pour moteurs 2 temps consiste à mesurer le régime moteur et sa charge grâce à la mesure de l’ouverture du papillon, genre TPS, pour déterminer la quantité optimale de carburant à injecter. Ce système ne nécessite aucun réglage coté utilisateur et permet une économie de carburant de 35 à plus de 50% comparé à un 2 temps à carburateur et avec moins 80 % d’émission en HC !

Dans un moteur 2 temps classique, lors de l’admission par clapets ou non, il entre dans le moteur un mélange carburé par…le carburateur, soit de l’air et des vapeurs de carburant. Ce mélange est d’abord stocké dans le carter-pompe puis pré-comprimé sous le piston et donc chassé vers la chambre de combustion via les transferts. Là, il est d’abordutilisé pour évacuer les gaz brûlés. C’est le fameux balayage que l’on peut retrouver à certains régimes en 4 temps, pendant le croisement des soupapes. Cela dit, pour que le balayage soit efficace et complet, il faut le prolonger jusqu’à ceque le mélange frais (air + carburant) commence à sortir de l’échappement. Dommage! Ce phénomène appelé court-circuit, caractérise le mélange qui sort par l’échappement surtout hors des régimes d’accord du pot de détente. Bien sur, ce mélange carburé manque pour la puissance moteur et pollue inutilement !

Eclaté DAO du air/fuel rail asDI : A droite, les orifices d’entrée (en violet) et de retour (en vert) du surplus de carburant surmontent celui d’arrivé d’air comprimé à 5 bars (en jaune). Au dessus, l’injecteur d’essence SiemensVDO (en bleu) avec sa bride de maintien. Enfin en haut à gauche, le régulateur de pression d’essence et son capot de fixation (en bleu clair).

Avec l’asDI Synerject, le balayage est effectué avec cet air lubrifié par une pompe électrique à commande électronique issu du carter-pompe mais ne comportant pas encore de carburant. Celui-ci sera injecté ultérieurement avec un peu d’air grâce à deux injecteurs montés en série et directement dans la culasse lors de la compression, quand le piston remontera. Notez ici, les 60% d’économie d’huile moteur et encore plus de fiabilité!. Pour transporter le mélange carburé dans la chambre de combustion, le système utilise de l’air mis sous pression par un petit compresseur mécanique entraînée par un excentrique ajouté au vilebrequin standard. Un peu comme dans un moteur diesel, de 1/14 à pleine puissance, la richesse du mélange essence varie de 1/50 au ralenti, à 1/30 en faibles charges typiquement en ville, au bénéfice du rendement énergétique et de la pollution.

TSDI

Prenons donc un exemple concret, présenté au Mondial de la moto 2001 par Peugeot Motocycles (Pmtc), le Looxor 50 cm3 TSDI évoqué plus haut. Comme pour tous les asDI, il s’agit d’un système d’injection intégral assisté par air piloté par un calculateur électronique gérant le dosage du carburant, la pompe à essence, la mini-pompe à huile, les phases d’injections, et l’allumage.

Voyez sa représentation générale :

Schéma 1 : TSDI (Synerject/Peugeot) :1- Réservoir à carburant, 2- Pompe à carburant électrique, 3- Régulateur de pression différentielle entre air et essence Circuit d’allumage : 4- Bobine Haute énergie et antiparasite, 5- Bougie Résistive. Circuit d’injection SP 95 : 6- Injecteur d’essence, 7- Injecteur d’air. Circuit de lubrification : 8- Réservoir d’huile deux temps, 9- Pompe à huile électrique. Circuit d’air comprimé : 10- Compresseur d’air pur. Circuit transpondeur : 11- Boîtier imobilisateur antivol. Circuit de carburant :12- Antenne

A présent, veuillez vous reporter au schéma suivant :

1- Injecteur d’essence, 2- Retour du carburant A à 2,5 bars, 3- Arrivée d’air B à 5,5 bars, 4- Entrée essence vers le régulateur de pression (8 – 5,5), C- Chambre de combustion spéciale pour charge stratifiée

Le carburant sous pression (A) à 8 bars, est injecté via un injecteur classique Siemens VDO dans la chambre de mélange (B) du deuxième injecteur de mélange carburé spécifique asDI. Une pompe alternative (10) de 3 cm3 fourni de L’air sous 5,5 bars de pression. Celui-ci (D) arrivant dans la chambre de mélange (B) de l’injecteur d’air, se mêle intimement au carburant liquide pulvérisé avec 2,5 bars de plus maintenus grâce au régulateur (D). Lorsque ce mélange carburé qui représente 1% du volume final, est libéré par le deuxième injecteur, il arrive directement dans une chambre de combustion (C) spéciale qui le dirige vers la bougie. A ce niveau, une bobine d’allumage à haute énergie provoque une puissante étincelle dans la zone riche ou est confiné le mélange carburé. Cette première combustion permet, par effet torche, d’enflammer tout le reste y compris les zones normalement trop pauvres : c’est le principe assez répandu de la combustion stratifiée. Globalement, et en particulier en faibles charges, en ville par exemple le mélange est donc pauvre au bénéfice du rendement et de la consommation, exactement comme pour…le diesel, lui aussi, accusé de tous les maux il y a peu ! En vérité, ces nouveaux moteurs bouleversent la donne et dérangent les forces en place, au bénéfice de l’écologie sans se résigner à des performances en forte baisse, bien au contraire. Encore une chose : l’huile étant électroniquement dosée et mélangée à l’air d’admission sans essence, il n’y a plus de dilution et la lubrification est améliorée. Peugeot a pu obtenir un gain de presque 60 % sur la consommation d’huile, de 40 à 50 % en essenceet donc autant de plus en autonomie ! Coté dépollution, c’est moins 80 % en HC avec la conformité Euro 1 et 2 sans recours au cher catalyseur : mieux que les 4 temps, SVP! Bien sur, celui-ci sera nécessaire en 2006 pour passer Euro 3. Outre ces gains spectaculaires, le Looxor revendique des performances en hausse, l’absence de fumées d’échappement, un démarrage et un agrément de conduite supérieurs et un frein moteur plus important. Tout ceci par rapport au même moteur 2 temps à carburateur, car le 4 temps reste très loin derrière !

2 supérieur à 4 !

Cette rapide démonstration le prouve une fois de plus. Je pourrais multiplier les exemples et les études favorables au 2 temps en aéronautique, marine, transport et militaire entre autres. En matière de moteur, moins il faut de temps pour un cycle complet, plus le moteur est…Moteur justement ! C’est bien ce qu’on lui demande non ? Les autres phases sont parasites et consomment la puissance crée par le seul temps moteur. Alors oubliez donc cet amalgame de « toujours plus de… » si aberrant en mécanique et je vous laisse méditer sur les 40000 2 roues asDI qui roulent en France sur les 250000 au total, principalement en Italie. Notez également que Suzuki vient de sortir un scooter Katana 50 cm3 en injection directe (avec le bloc Piaggio) et ce qui fait des merveilles dans ces petites cylindrées fera des miracles en 500 et plus…Notez aussi que le monde de l’aviation légère, attend la résurrection de cette formidable technologie depuis un demi-siècle, depuis les derniers moteurs 2 temps déjà en injection directe diesel comme l’américain Napier Nomad E 145 et le V12 Rolls Royce Crecy de 26.100 cm3, autre 2 temps injection directe essence de 5000 Chevaux, un record qui tient toujours loin devant les équivalents 4 temps! Dans le même esprit « révolutionnaire » et pour finir sur un clin d’œil, n’oubliez pas que Jaguar, grande première, vient de sortir son X-Type en…diesel TDCI !

Pour en savoir plus :

Orbital : http://www.orbeng.com.au

Synerject Europe : http://www.synerject.com/

Le site de Peugeot : http://www.peugeot-motocycles.fr

Annexe : extrait de presse locale : Taipei, Octobre. 7, 2003 (CENS)— Les fabricants de 2 roues motorisés adoptent des stratégies variées pour contrer le règlement d’émission hyperstrict prévu à Taïwan pour 2004. « Les fabricants Taïwanais de 2 roues ou Powered Two Wheeler (PTW) adoptent des stratégies différentes pour permettre à leurs produits de passer avec succès la série de tests pollution du règlement d’émission de quatrième-degré imposé par le gouvernement. Selon les fabricants de PTW, ce règlement d’émission brutalement très sévérisé, le plus strict connu au monde (Californie comprise ! ndla), sera mis en application en janvier 2004. Ce règlement hyper sélectif est prévu pour faire capoter les deux-temps 50cc (à carburateurs, ndla) vendus actuellement dans le marché domestique et les constructeurs prévoient une crise car l’adaptation industrielle est bien trop rapide, avec meme des suspensions momentané de production ! Bien que quelques fabricants, y compris Kwang Co., Ltd. (Avec la marque KYMCO) et l’Industrie de Sanyang Co., Ltd. (SYM) ont lancé un modèle quatre temps 50cc de scooter pour tester le marché, pourtant leurs efforts ont été dissuadé par les plaintes des clients à cause de la puissance relativement faible de tels moteurs (que la cylindré ne peut masquer ici, ndla). Face à ce nouveau défi, Kwang Yang a annoncé récemment qu’il adopterait la technique la plus avancé disponible, soit l’injection directe (KDI), la technologie conjointement développé avec un partenaire internationalement célèbre, Orbital Corporation d’Australie, sur quelques nouveaux scooters de 50cc et 100cc a été planifié être lancée l’année prochaine. Kwang Yang a déclaré que la nouvelle technologie de KDI, développée après sept années de coopération avec Orbital, peut passer les deux règlements d’émission de quatrième-degré de Taïwan en 2004 et l’Euro 3 de l’Europe prévue pour 2006. Selon Kwang Yang, la technologie de KDI adopte un système de contrôle moteur à huit bits (EMS) pour calculer le meilleur point d’injection de carburant pour optimiser la combustion carburant à l’extrême. Une telle technologie peut apporter un rendement très supérieur du moteur de PTW et réduit d’’autant le volume d’émission de gaz polluants. Kwang Yang a admis, cependant, que la nouvelle technologie entrainera un coût de production supplémentaire de 178 à 266 Euros sur chaque nouveau modèle de PTW ainsi dépollué. Le fabricant de PTW de Taïwan commencera par appliquer la nouvelle technologie sur un 100cc et ensuite, un 50cc. » Source : http://news.cens.com/ Cet article est révélateur de la politique mondialisante du tout 4 temps menée et imposé aux constructeurs japonais par le plus puissant d’entre eux, puis exporté comme une mono-culture…technologique !