Contre-pression
Le fluide s’écoule dans un tuyau en raison de la différence de pression entre les deux extrémités d’une canalisation. Le fluide s’écoule de l’extrémité à haute pression vers l’extrémité à basse pression. Considérons deux systèmes comme le montre la figure suivante. Dans chaque cas, l’écoulement est causé par une différence de pression entre P1 et P2. La conduite 2 présente quelques obstructions (restes de soudure, réducteur, changements de surface, coudes brusques, etc.) qui vont créer une chute de pression entraînant une diminution du débit et une réduction du débit.
La perte de pression ou chute de pression était à l’origine considérée comme le résultat d’une pression exercée en sens inverse par les obstructions, annulant ou réduisant ainsi la pression appliquée. C’est l’origine du terme contre-pression.
Un exemple courant de contre-pression est celui provoqué par le système d’échappement (constitué du collecteur d’échappement, du convertisseur catalytique, du silencieux et des tuyaux de raccordement) d’un moteur automobile à quatre temps, qui a un effet négatif sur le rendement du moteur, entraînant une diminution de la puissance délivrée qui doit être compensée par une augmentation de la consommation de carburant.
Dans un moteur à deux temps à pistons, cependant, la situation est plus compliquée, en raison de la nécessité d’empêcher le mélange carburant/air non brûlé de passer directement à travers les cylindres dans l’échappement. Pendant la phase d’échappement du cycle, la contre-pression est encore plus indésirable que dans un moteur à quatre temps, car il y a moins de temps disponible pour l’échappement et l’absence d’action de pompage du piston pour forcer l’échappement hors du cylindre. Cependant, étant donné que l’orifice d’échappement reste nécessairement ouvert pendant un certain temps après la fin du balayage, le mélange non brûlé peut suivre l’échappement hors du cylindre, gaspillant du carburant et augmentant la pollution. Cela ne peut être évité que si la pression à l’orifice d’échappement est supérieure à celle du cylindre.
Ces exigences contradictoires sont conciliées en construisant le tuyau d’échappement avec des sections coniques divergentes et convergentes pour créer des réflexions d’ondes de pression qui remontent le tuyau et sont présentées à l’orifice d’échappement. L’orifice d’échappement s’ouvre alors qu’il y a encore une pression importante dans le cylindre, ce qui entraîne l’écoulement initial des gaz d’échappement. Lorsque l’onde de pression provenant de l’impulsion de gaz d’échappement descend le long du tuyau, elle rencontre une section conique divergente ; cela provoque une onde de pression négative qui est réfléchie vers le haut du tuyau et arrive à l’orifice d’échappement vers la fin de la phase d’échappement, lorsque la pression du cylindre est tombée à un niveau bas, et aide à aspirer les gaz d’échappement restants hors du cylindre. Plus loin dans le tuyau d’échappement, l’onde de pression d’échappement rencontre une section conique convergente, qui réfléchit une onde de pression positive vers le haut du tuyau. Cette onde est chronométrée pour arriver à l’orifice d’échappement après que le balayage est terminé, « bouchant » ainsi l’orifice d’échappement pour empêcher le déversement de la charge fraîche, et en effet peut également repousser dans le cylindre toute charge qui a déjà déversé.
Puisque le moment de ce processus est déterminé principalement par la géométrie du système d’échappement, qu’il est extrêmement difficile de rendre variable, le moment correct et donc le rendement optimal du moteur ne peuvent généralement être atteints que sur une petite partie de la plage de régime de fonctionnement du moteur.
Pour une description extrêmement détaillée de ces phénomènes, voir Design and Simulation of Two-Stroke Engines (1996), par le professeur Gordon Blair de l’université Queen’s de Belfast, pub. SAE International, ISBN 978-1-56091-685-7.