C'est la trouvaille dont tout le monde parle aux États-Unis actuellement. Une nouvelle technologie de moteur s'apprête à faire son entrée dans l'industrie automobile en vue d'une mobilité plus respectueuse de l'environnement.
Un Moteur du Passé Porteur d'Espoirs pour l'Avenir
Tout repose sur un moteur à pistons opposés, qui est une invention centenaire, adapté à l'hydrogène. Ce faisant, il sera alors possible de remplacer les moteurs diesel et essence. Ces derniers conserveront leur puissance mais ils émettront beaucoup moins de C02.
L'Hydrogène : Un Carburant Prometteur
Il faut savoir que la combustion de l'hydrogène ne génère que de l’eau, ce qui réduit grandement l'empreinte carbone des véhicules utilisant ce carburant. De plus, sa densité énergétique élevée et le fait de pouvoir le produire à partir de sources renouvelables en font des avantages indéniables pour les transports de demain. En l'introduisant sur des véhicules utilitaires difficiles à électrifier de nos jours, l'hydrogène sans carbone est une innovation clé vers un avenir plus vert.
Les normes sur les émissions de gaz à effet de serre des moyens de transport avaient réduit considérablement leur apport aux transports, mais les avancées techniques pourraient lui redonner un second souffle, notamment grâce à l'hydrogène.
Achates Power et Argonne sont des leaders dans le secteur des moteurs à hydrogène grâce à ce financement. La réduction de l’empreinte carbone des véhicules à combustion sera possible tout en conservant leur puissance et leur efficacité.
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Comment Fonctionne ce Moteur Innovant ?
L'idée repose sur des moteurs à pistons opposés qui ont connu un grand succès dans les années 1930, notamment pour leur utilisation pour les porte-avions, les sous-marins, les trains et les chars d’assaut. En l'occurrence, le moteur 2,7 litres prévu pour animer les pick-up américains est un 3 cylindres, ce qui signifie qu'il compte 6 pistons, et que sa sonorité doit ressembler à celle d'un 6 cylindres à 4 temps... On a vu pire !
Développée en partenariat avec Delphi, la combustion OPGCI (Opposed-Piston Gasoline Compression Ignition) utilisée par le moteur essence Achates Power présente aussi de nombreux avantages. Comme son nom l'indique, cette combustion est déclenchée par compression, ce qui permet de fonctionner en mélange très pauvre et donc de supprimer les pertes par pompage à charge partielle.
Concrètement, la combustion est préparée pour un taux de compression élevé de 16,5:1 favorable au rendement, puis déclenchée par une injection multiple permettant de moduler la richesse pour que l'inflammation du mélange intervienne précisément au moment voulu. La combustion se propage alors sans front de flamme, quasi instantanément dans toute la chambre, ce qui permet là encore de réduire les pertes thermiques vers les parois, mais aussi la formation d'oxydes d'azote ou de particules.
Aux côtés du moteur quatre temps essence Mazda SPCCI attendu pour 2019, le deux temps essence d'Achates Power pourrait bien constituer une partie de la solution pour que les constructeurs automobiles réussissent à abaisser leurs émissions de CO2 suffisamment tôt pour atteindre les objectifs que leur assigne le régulateur (en l'occurrence, 7,1 l/100 km pour les pick-up américains à l'horizon 2025). Il apparaît en effet aujourd'hui de plus en plus probable que l'augmentation attendue de la part de marché de la voiture électrique sera trop lente pour suffire à elle seule à atteindre ces objectifs.
Les Défis et les Perspectives
Ce nouveau moteur essence deux temps Achates Power a jusqu'ici uniquement tourné seulement au banc. Les premiers tests ont été réussis, il faut désormais développer ces progrès.
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Quant aux autres affirmations concernant le concept Achates, telles que le coût de production ou la taille du moteur, elles sont également un peu discutables. Alors que le moteur de l'Achates élimine le coût d'une distribution nécessaire à un moteur à 4 temps, les moteurs Achates nécessitent également un mécanisme de démarrage beaucoup plus complexe et coûteux.
Au-delà des avantages résultant de l’architecture du moteur, les améliorations apportées par les deux partenaires exploitent en particulier la réduction de la déperdition de chaleur (l’absence de culasse, cause majeure de perte de chaleur et d'inefficacité dans les moteurs conventionnels, y contribue largement) : l’hydrogène ayant une réactivité élevée et une faible énergie d’inflammation, les pertes d’efficacité sont moindres que dans un moteur classique. Au final, le moteur est plus léger, très performant et décarboné.
Achates et le Laboratoire national d’Argonne sont persuadés que leur moteur à hydrogène à pistons inversés sera particulièrement adapté pour les camions commerciaux de moyenne à grande taille, les véhicules tout-terrain destinés à des industries telles que l'exploitation minière et l'agriculture, ainsi que les véhicules militaires.
Diverses Études et Applications
Si l’industrie automobile n'utilise plus le cycle 2-temps depuis quelques décennies, l’architecture en pistons opposés lui redonne de l’intérêt, d’autant qu’elle accepte plus facilement l’auto-allumage contrôlé. Rappelons que ce type de moteur comporte deux pistons face à face en mouvement alternatif antagoniste dans un même cylindre pour créer une chambre de combustion centrale et ouvrir des lumières en fin de détente : un piston ouvre celles d’échappement et l’autre celles d’admission.
Chaque rangée de 3 pistons agit sur un ensemble bielles-vilebrequin, les 2 vilebrequins étant reliés entre eux par un train d’engrenages. Le moteur développe 200 kW (272 ch) à 3600 tr/min et 650 Nm de 1600 à 2100 tr/min. Un turbocompresseur et un compresseur volumétrique assurent le remplissage et l'alimentation en essence est effectuée par 2 injecteurs par cylindre.
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Depuis l'écriture de notre dossier cité plus haut, la société a réalisé une série de mesures sur un pick-up Ford F150. Bruno Linsolas, vice-président d’Achates Power pour l’Europe, a annoncé : « Comparé à la version actuellement commercialisée avec un V6 Ford Ecoboost 2.7, le prototype affiche une baisse de consommation de 24 % et une valeur de 30 % reste toujours dans notre viseur. La réduction de consommation par rapport à un véhicule équivalent propulsé par un diesel est estimée à 12 % et notre objectif vise 16 %. »
Achates Power développe avec Nissan et l'université de Michigan un projet plus original : un monocylindre 0,9 l à 2 pistons opposés. Le but principal de ce projet est de développer des alternatives aux technologies de propulsion traditionnelles.
Achates Power teste également un 3-cylindres / 6 pistons de 10,7 l et délivrant 335 kW (456 ch) sur un poids lourd Peterbilt. D’autre part, l'université polytechnique de Valence (Espagne) et la start-up INNEngine ont exposé un moteur axial à pistons opposés sans vilebrequin.
Pierre Duret, responsable de cet événement et directeur GMP et mobilité durable à l’IFP School, a rappelé : « La combustion CAI est née dans le moteur 2-temps. » Il a notamment conclu sa présentation par ce résultat d’étude : « Combiner CAI et injection directe dans un moteur 2-temps pourrait représenter une solution intéressante pour réduire davantage les émissions en charge partielle sans post-traitement complexe pour des applications où une densité de puissance élevée, un rendement élevé et des émissions ultra-faibles sont requis, par exemple pour un prolongateur d’autonomie. »
Les Différentes Architectures de Moteurs
Il existe plusieurs architectures de moteurs dont deux principales. Le moteur en ligne est ce qui se fait le plus dans le monde de l'automobile, et c'est sûrement celui qui équipe votre auto. Sur un moteur en ligne il faut généralement un système de contrepoids interne que l'on appelle arbre d'équilibrage.
Dans le cas d'un moteur à plat, les pistons fonctionnent cette fois-ci horizontalement (de manière opposée) et non plus de haut en bas. L'avantage de cette mécanique est généralement de proposer un centre de gravité plus bas.
Le moteur en V a deux lignes côte à côte au lieu d'une seule ligne. Plus cher et plus complexe, ce type de moteur revient donc plus cher à l'achat et à l'entretien.
Les VR sont des moteurs en V dont l'angle a été réduit pour réduire l'encombrement du moteur. Les pistons sont si rapprochés qu'il n'y a pas besoin d'avoir deux culasses (une pour chaque rangée dans le cas des V6).
Les moteurs en W, connus principalement en 12 cylindres (W12) est une sorte de moteur en V doublé. C'est finalement un bon moyen de caser un maximum de cylindres en prenant le moins de place possible.
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