Le E85 dans les moteurs 2 temps
Publié : lun. 14 févr. 2022 - 14:54
Cela fait un moment que je me penche sur le sujet de l'utilisation du E85 sur nos moteurs 2T mais sans avoir encore franchi le pas.
L'utilisation de E85 dans les moteurs 4T injectés électroniquement ne pose pas de soucis particulier à condition que:
- Les matériaux soient adaptés
- La gestion moteur permette sont utilisation (nativement ou via une reprogrammation ou un boitier)
En revanche, les infos pour le E85 sur moteur 2T sont plus rare et pas très claires, surtout pour la question de la miscibilité des huiles 2T avec le E85.
Je vais essayer de clarifier les choses ici et vous partager mes expériences de miscibilité.
Pour cela, je me base sur un document écrit par Mr Overmars que j'ai profondément modifié pour le recentrer sur la comparaison SP98/E85 de façon plus lisible.
Essence et E85
De nombreux régulateurs du sport mécanique prescrivent que seuls les carburants disponibles dans les stations-service publiques peuvent être utilisés. Il est donc possible d’utiliser du SP95, SP98 ou de l’E85.
En théorie, le E85 est un mélange constitué de 85% d’Ethanol et de 15% d’essence.
En pratique, la proportion d'Ethanol varie entre 65 et 85% selon les saisons.
Son tarif à la pompe parait très avantageux. (environ 1€ de moins au litre)
Mais alors se posent diverses questions:
- Pourquoi privilégier l’E85 à l’essence ?
- Qu'est ce que cela change techniquement
- Pourquoi la consommation augmente?
- la puissance va t'elle varier?
Pouvoir comburivore d’un carburant, lambda :
Le pouvoir comburivore, indiqué PCO, est un rapport air/carburant dans lequel chaque molécule de carburant dispose d’une quantité exactement suffisante de molécules d’oxygène pour sa combustion.
Ce pouvoir comburivore est également appelé rapport stœchiométrique.
PCO essence = 14.7 ; c’est-à-dire : 1kg d’essence a besoin de 14.7kg d’air pour brûler complètement.
PCO éthanol = 8.4 ; c’est-à-dire : 1kg d’éthanol a besoin de 8.4kg d’air pour brûler complètement.
PCO E85 = 9.3 ; c’est-à-dire : 1kg de E85 a besoin de 9.3kg d’air pour brûler complètement.
Le rapport réel n’étant jamais parfaitement égal à ce rapport stœchiométrique, il est intéressant d’en connaitre l’écart, indiqué avec la valeur Lambda et déterminée par le rapport entre le rapport réel et le rapport stœchiométrique.
Ainsi :
- Lambda > 1 signifie un excès d’air.
- Lambda < 1 signifie un manque d’air ou, autrement dit, un excès de carburant.
Par exemple, lambda = 2 signifie qu’il y a deux fois plus d’air que ce qui est théoriquement nécessaire pour une combustion complète.
En réalité, les moteurs de course ne fonctionnent jamais avec lambda = 1, mais légèrement plus riche, parce que le mélange n’est jamais exactement homogène, l’oxygène non utilisé serait un gaspillage du point de vue de la performance, l’énergie dégagée est maximale pour un mélange légèrement riche et un léger excès de carburant permet de limiter les températures échappement.
Pour l’essence, la valeur optimale de puissance est obtenue à Lambda = 0,86.
Toutefois, la valeur lambda réelle ne joue aucun rôle dans les comparaisons entre l’essence et l’E85 et peut donc être écartée. Seul le pouvoir comburivore nous intéresse pour calculer les consommations.
Consommation du moteur :
On peut calculer l’écart de consommation de carburant pour chaque type de carburant grâce à son pouvoir comburivore.
La quantité d’air qu’un moteur peut aspirer ne dépend pas du carburant utilisé, mais est déterminée, entre autres, par la cylindrée, la vitesse de rotation, les sections de passage et leur temps d'ouverture, etc.
Pour nos calculs théoriques, nous considérons une masse d’air de 1 kg.
Pour chaque type de carburant, le besoin est de :
- 1 / 14,7 = 0,068 kg d’essence
Ou
- 1 / 9.3 = 0,107 kg de E85
0.107 / 0.068 = 1.57 soit 1.57 fois plus d’E85 que d’essence, en masse.
En passant de l’essence au E85, la consommation massique sera 1,57 fois supérieur par kg d’air d’admis, soit 57% supplémentaire.
Cependant, la consommation de carburant n’est généralement pas mesurée en kilos, mais en litres.
La conversion est possible grâce à la masse volumique de chaque produit.
Mvol Essence = 0.745kg/L donc pour 0.068 kg d’essence = 0.091 litres
Mvol E85 = 0.790kg/L donc pour 0.107 kg de E85 = 0.135 litres
0.135 / 0.091 = 1.48 soit 1.48 fois plus d’E85 que d’essence, en volume.
En utilisant de l’E85 à la place de l’essence, la consommation volumique sera augmentée par 1,48 par kg d’air admis, soit 48% supplémentaire.
Dans le cadre d‘une conversion essence vers E85, on peut donc déduire que l’ensemble du système de distribution de carburant devra être capable de fournir 1,6 fois plus de carburant.
Nous avons mis en évidence le principal inconvénient du E85, la surconsommation qu'il engendre.
Si la capacité du réservoir ne peut pas être augmentée (contrainte technique et/ou réglementaire), l'autonomie du véhicule s'en trouve automatiquement réduite.
Energie de combustion :
L’énergie dégagée par la combustion dépend du pouvoir calorifique inférieur du carburant utilisé.
Le pouvoir calorifique inférieur, nommé PCI, est exprimé en kiloJoule par kg :
PCI de l’essence : 42500 kJ / kg
PCI du E85 : 29000 kJ / kg
En recalculant l’énergie par rapport à la masse de carburant introduite précédemment, nous obtenons :
Pour l’essence : 0.068 * 42500 = 2890 kJ
Pour l’E85 : 0.107 * 29000 = 3103 kJ
L’E85 dispose d’un PCI plus faible que l’essence, mais grâce à son PCO lui aussi plus faible, l’énergie totale libérée par kg d’air est plus élevée.
3103 / 2890 = 1.07 soit 1.07 fois plus d’énergie pour le E85, par kg d’air admis.
Soit 7 % de puissance en plus.
En utilisant de l’E85 à la place de l’essence, l’énergie sera augmentée par 1,07 par kg d’air admis, soit 7 % de puissance en plus.
Température du moteur :
La chaleur latente de vaporisation indique la quantité de kiloJoule de chaleur nécessaire pour évaporer 1 kg de carburant.
- Essence : 380 kJ/kg
- Ethanol : 900 kJ/kg
1 kg de E85 contient 0,85 kg d’éthanol et 0,15 kg d’essence et a ainsi une chaleur latente de vaporisation de (0,85 x 900) + (0,15 x 380) = 822 kJ / kg.
La chaleur latente de vaporisation de l’E85 est donc 2,16 fois supérieure à celle de l’essence.
En outre, le moteur consomme désormais 1,6 kg d’E85 au lieu de 1 kg d’essence. La chaleur totale nécessaire à l’évaporation du mélange air/carburant aspiré est donc 1,6 x 2,16 = 3,46 fois plus élevée.
Cette chaleur est retirée de l’air aspiré. Le mélange entre donc beaucoup plus frais dans le moteur. Ainsi, le refroidissement interne du moteur en mode E85 est nettement meilleur et la charge thermique du moteur est inférieure à celle du moteur à essence, tout en développant 9% de puissance en plus.
Les moteurs à deux temps réagissant fortement aux variations de température. Un moteur alimenté en E85 souffrira moins de l’augmentation de la température du moteur pendant la course, qui entraînerait une perte de puissance, surtout dans le cas des moteurs refroidis à l’air.
Température des gaz d’échappement :
Du fait des différents points évoqués précédemment, la température des gaz d’échappement sera inférieure d'environ 100°C à celle du moteur fonctionnant à essence, en dépit de la puissance excédentaire.
Dans le cas d'un réglage de carburation via lecture de la température échappement, il faudra donc prendre en considération ce point et définir la nouvelle cible de T° échappement, sous peine de rouler avec une carburation bien trop pauvre.
Mes différentes recherches indiquent, pour un moteur à refroidissement liquide:
- une valeur maxi à 650°C au SP98
- une valeur maxi à 550°C au E85
J'en profite pour rappeler que pour pouvoir comparer l'information sur différents échappements/machines, il faut que le montage de la sonde d'échappement soit identique; à savoir placées dans le coude d'échappement, 15cm après le piston et bout de la sonde au centre du flux.
Taux de compression :
Le taux de compression pourra être augmenté grâce à l’indice d’octane du E85 supérieur à celui de l’essence.
Cependant, un taux de compression trop élevé limite la prise de régime et demande un allumage puissant.
Je vous invite donc à conserver le même taux de compression qu'avec l'essence.
Compatibilité matériaux
Certains éléments plastiques et élastomères ne supportent pas le contact avec le E85.
Avant de convertir votre véhicule, il est conseillé de vérifier la compatibilité des divers éléments du circuit de carburant avec le E85.
Stockage
Tous les alcools sont hygroscopiques : ils captent la vapeur d’eau de l’atmosphère et se diluent de plus en plus.
- Ne stockez pas de E85 sur de longues périodes.
- Ne stockez pas de E85 à l'air libre.
- Privilégiez plusieurs petits bidons plutôt qu'un grand
Conclusion:
L'utilisation de E85 permet de réduire le coût de fonctionnement et de rouler plus "propre".
Toutefois, sur nos moteur à carburateur, cela impose de revoir les réglages de carburation à la hausse à cause de la surconsommation théorique de 50%. En pratique, celle-ci tourne autour de 30%.
La puissance ne sera pas réduite par l'utilisation de E85, elle s'en trouve même très légèrement augmentée.
De plus, les caractéristiques techniques du E85 permettront de repousser les limites du moteur (taux de compression et avance à l'allumage) afin d'obtenir plus de puissance.
Les huiles compatibles E85 :
Nous touchons ici le point sensible de l'utilisation du E85 dans un moteur 2T: la nécessité de trouver une huile miscible avec le E85.
En effet, toutes les huiles à deux temps ne sont pas miscible avec le E85.
Certaines vont former un mélange laiteux, d'autres huiles se redéposeront systématiquement au fond du bidon.
Il sera donc nécessaire de procéder à des essais de mélange dans un petit contenant avant de vouloir utiliser une nouvelle huile.
A noter que, grâce à l'augmentation de consommation causé par le E85, le rapport huile/carburant peut être réduit.
Par exemple, nous utilisons un mélange d’un litre d’huile pour 20 litres d’essence.
En cas d’utilisation de E85, le moteur consomme 1,48 x 20 = 29,6 litres de E85 au lieu de 20 litres d’essence.
Si on mélange 1 litre d’huile avec ce E85 de 29,6 litres, le moteur reçoit la même quantité d’huile qu’avant.
Toutefois, je vous invite à conserver votre taux d e mélange habituel dans un 1er temps.
Il sera toujours possible de réduire ce taux une fois que tout les réglages de carburation auront été défini.
A suivre, quelques illustrations de mes essais de miscibilité d'huile.
L'utilisation de E85 dans les moteurs 4T injectés électroniquement ne pose pas de soucis particulier à condition que:
- Les matériaux soient adaptés
- La gestion moteur permette sont utilisation (nativement ou via une reprogrammation ou un boitier)
En revanche, les infos pour le E85 sur moteur 2T sont plus rare et pas très claires, surtout pour la question de la miscibilité des huiles 2T avec le E85.
Je vais essayer de clarifier les choses ici et vous partager mes expériences de miscibilité.
Pour cela, je me base sur un document écrit par Mr Overmars que j'ai profondément modifié pour le recentrer sur la comparaison SP98/E85 de façon plus lisible.
Essence et E85
De nombreux régulateurs du sport mécanique prescrivent que seuls les carburants disponibles dans les stations-service publiques peuvent être utilisés. Il est donc possible d’utiliser du SP95, SP98 ou de l’E85.
En théorie, le E85 est un mélange constitué de 85% d’Ethanol et de 15% d’essence.
En pratique, la proportion d'Ethanol varie entre 65 et 85% selon les saisons.
Son tarif à la pompe parait très avantageux. (environ 1€ de moins au litre)
Mais alors se posent diverses questions:
- Pourquoi privilégier l’E85 à l’essence ?
- Qu'est ce que cela change techniquement
- Pourquoi la consommation augmente?
- la puissance va t'elle varier?
Pouvoir comburivore d’un carburant, lambda :
Le pouvoir comburivore, indiqué PCO, est un rapport air/carburant dans lequel chaque molécule de carburant dispose d’une quantité exactement suffisante de molécules d’oxygène pour sa combustion.
Ce pouvoir comburivore est également appelé rapport stœchiométrique.
PCO essence = 14.7 ; c’est-à-dire : 1kg d’essence a besoin de 14.7kg d’air pour brûler complètement.
PCO éthanol = 8.4 ; c’est-à-dire : 1kg d’éthanol a besoin de 8.4kg d’air pour brûler complètement.
PCO E85 = 9.3 ; c’est-à-dire : 1kg de E85 a besoin de 9.3kg d’air pour brûler complètement.
Le rapport réel n’étant jamais parfaitement égal à ce rapport stœchiométrique, il est intéressant d’en connaitre l’écart, indiqué avec la valeur Lambda et déterminée par le rapport entre le rapport réel et le rapport stœchiométrique.
Ainsi :
- Lambda > 1 signifie un excès d’air.
- Lambda < 1 signifie un manque d’air ou, autrement dit, un excès de carburant.
Par exemple, lambda = 2 signifie qu’il y a deux fois plus d’air que ce qui est théoriquement nécessaire pour une combustion complète.
En réalité, les moteurs de course ne fonctionnent jamais avec lambda = 1, mais légèrement plus riche, parce que le mélange n’est jamais exactement homogène, l’oxygène non utilisé serait un gaspillage du point de vue de la performance, l’énergie dégagée est maximale pour un mélange légèrement riche et un léger excès de carburant permet de limiter les températures échappement.
Pour l’essence, la valeur optimale de puissance est obtenue à Lambda = 0,86.
Toutefois, la valeur lambda réelle ne joue aucun rôle dans les comparaisons entre l’essence et l’E85 et peut donc être écartée. Seul le pouvoir comburivore nous intéresse pour calculer les consommations.
Consommation du moteur :
On peut calculer l’écart de consommation de carburant pour chaque type de carburant grâce à son pouvoir comburivore.
La quantité d’air qu’un moteur peut aspirer ne dépend pas du carburant utilisé, mais est déterminée, entre autres, par la cylindrée, la vitesse de rotation, les sections de passage et leur temps d'ouverture, etc.
Pour nos calculs théoriques, nous considérons une masse d’air de 1 kg.
Pour chaque type de carburant, le besoin est de :
- 1 / 14,7 = 0,068 kg d’essence
Ou
- 1 / 9.3 = 0,107 kg de E85
0.107 / 0.068 = 1.57 soit 1.57 fois plus d’E85 que d’essence, en masse.
En passant de l’essence au E85, la consommation massique sera 1,57 fois supérieur par kg d’air d’admis, soit 57% supplémentaire.
Cependant, la consommation de carburant n’est généralement pas mesurée en kilos, mais en litres.
La conversion est possible grâce à la masse volumique de chaque produit.
Mvol Essence = 0.745kg/L donc pour 0.068 kg d’essence = 0.091 litres
Mvol E85 = 0.790kg/L donc pour 0.107 kg de E85 = 0.135 litres
0.135 / 0.091 = 1.48 soit 1.48 fois plus d’E85 que d’essence, en volume.
En utilisant de l’E85 à la place de l’essence, la consommation volumique sera augmentée par 1,48 par kg d’air admis, soit 48% supplémentaire.
Dans le cadre d‘une conversion essence vers E85, on peut donc déduire que l’ensemble du système de distribution de carburant devra être capable de fournir 1,6 fois plus de carburant.
Nous avons mis en évidence le principal inconvénient du E85, la surconsommation qu'il engendre.
Si la capacité du réservoir ne peut pas être augmentée (contrainte technique et/ou réglementaire), l'autonomie du véhicule s'en trouve automatiquement réduite.
Energie de combustion :
L’énergie dégagée par la combustion dépend du pouvoir calorifique inférieur du carburant utilisé.
Le pouvoir calorifique inférieur, nommé PCI, est exprimé en kiloJoule par kg :
PCI de l’essence : 42500 kJ / kg
PCI du E85 : 29000 kJ / kg
En recalculant l’énergie par rapport à la masse de carburant introduite précédemment, nous obtenons :
Pour l’essence : 0.068 * 42500 = 2890 kJ
Pour l’E85 : 0.107 * 29000 = 3103 kJ
L’E85 dispose d’un PCI plus faible que l’essence, mais grâce à son PCO lui aussi plus faible, l’énergie totale libérée par kg d’air est plus élevée.
3103 / 2890 = 1.07 soit 1.07 fois plus d’énergie pour le E85, par kg d’air admis.
Soit 7 % de puissance en plus.
En utilisant de l’E85 à la place de l’essence, l’énergie sera augmentée par 1,07 par kg d’air admis, soit 7 % de puissance en plus.
Température du moteur :
La chaleur latente de vaporisation indique la quantité de kiloJoule de chaleur nécessaire pour évaporer 1 kg de carburant.
- Essence : 380 kJ/kg
- Ethanol : 900 kJ/kg
1 kg de E85 contient 0,85 kg d’éthanol et 0,15 kg d’essence et a ainsi une chaleur latente de vaporisation de (0,85 x 900) + (0,15 x 380) = 822 kJ / kg.
La chaleur latente de vaporisation de l’E85 est donc 2,16 fois supérieure à celle de l’essence.
En outre, le moteur consomme désormais 1,6 kg d’E85 au lieu de 1 kg d’essence. La chaleur totale nécessaire à l’évaporation du mélange air/carburant aspiré est donc 1,6 x 2,16 = 3,46 fois plus élevée.
Cette chaleur est retirée de l’air aspiré. Le mélange entre donc beaucoup plus frais dans le moteur. Ainsi, le refroidissement interne du moteur en mode E85 est nettement meilleur et la charge thermique du moteur est inférieure à celle du moteur à essence, tout en développant 9% de puissance en plus.
Les moteurs à deux temps réagissant fortement aux variations de température. Un moteur alimenté en E85 souffrira moins de l’augmentation de la température du moteur pendant la course, qui entraînerait une perte de puissance, surtout dans le cas des moteurs refroidis à l’air.
Température des gaz d’échappement :
Du fait des différents points évoqués précédemment, la température des gaz d’échappement sera inférieure d'environ 100°C à celle du moteur fonctionnant à essence, en dépit de la puissance excédentaire.
Dans le cas d'un réglage de carburation via lecture de la température échappement, il faudra donc prendre en considération ce point et définir la nouvelle cible de T° échappement, sous peine de rouler avec une carburation bien trop pauvre.
Mes différentes recherches indiquent, pour un moteur à refroidissement liquide:
- une valeur maxi à 650°C au SP98
- une valeur maxi à 550°C au E85
J'en profite pour rappeler que pour pouvoir comparer l'information sur différents échappements/machines, il faut que le montage de la sonde d'échappement soit identique; à savoir placées dans le coude d'échappement, 15cm après le piston et bout de la sonde au centre du flux.
Taux de compression :
Le taux de compression pourra être augmenté grâce à l’indice d’octane du E85 supérieur à celui de l’essence.
Cependant, un taux de compression trop élevé limite la prise de régime et demande un allumage puissant.
Je vous invite donc à conserver le même taux de compression qu'avec l'essence.
Compatibilité matériaux
Certains éléments plastiques et élastomères ne supportent pas le contact avec le E85.
Avant de convertir votre véhicule, il est conseillé de vérifier la compatibilité des divers éléments du circuit de carburant avec le E85.
Stockage
Tous les alcools sont hygroscopiques : ils captent la vapeur d’eau de l’atmosphère et se diluent de plus en plus.
- Ne stockez pas de E85 sur de longues périodes.
- Ne stockez pas de E85 à l'air libre.
- Privilégiez plusieurs petits bidons plutôt qu'un grand
Conclusion:
L'utilisation de E85 permet de réduire le coût de fonctionnement et de rouler plus "propre".
Toutefois, sur nos moteur à carburateur, cela impose de revoir les réglages de carburation à la hausse à cause de la surconsommation théorique de 50%. En pratique, celle-ci tourne autour de 30%.
La puissance ne sera pas réduite par l'utilisation de E85, elle s'en trouve même très légèrement augmentée.
De plus, les caractéristiques techniques du E85 permettront de repousser les limites du moteur (taux de compression et avance à l'allumage) afin d'obtenir plus de puissance.
Les huiles compatibles E85 :
Nous touchons ici le point sensible de l'utilisation du E85 dans un moteur 2T: la nécessité de trouver une huile miscible avec le E85.
En effet, toutes les huiles à deux temps ne sont pas miscible avec le E85.
Certaines vont former un mélange laiteux, d'autres huiles se redéposeront systématiquement au fond du bidon.
Il sera donc nécessaire de procéder à des essais de mélange dans un petit contenant avant de vouloir utiliser une nouvelle huile.
A noter que, grâce à l'augmentation de consommation causé par le E85, le rapport huile/carburant peut être réduit.
Par exemple, nous utilisons un mélange d’un litre d’huile pour 20 litres d’essence.
En cas d’utilisation de E85, le moteur consomme 1,48 x 20 = 29,6 litres de E85 au lieu de 20 litres d’essence.
Si on mélange 1 litre d’huile avec ce E85 de 29,6 litres, le moteur reçoit la même quantité d’huile qu’avant.
Toutefois, je vous invite à conserver votre taux d e mélange habituel dans un 1er temps.
Il sera toujours possible de réduire ce taux une fois que tout les réglages de carburation auront été défini.
A suivre, quelques illustrations de mes essais de miscibilité d'huile.