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Vers une nouvelle génération de moteur

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En combinant une commande électronique du mouvement des soupapes et un mode de combustion HCCI, deux techniques déjà connues, des chercheurs américains pensent tenir le moyen de concevoir un moteur moins polluant et capable de s'adapter à toutes sortes de carburants.

Leur moteur n'existe pas encore mais ces scientifiques l'ont déjà modélisé, ce qui leur permet d'affirmer qu'il fonctionne. Cette équipe des laboratoires Ray W. Herrick (université de Purdue, Indiana) a planché sur le principe d'une commande électronique des soupapes, connue sous le nom de distribution variable, ou VVA (Variable Valve Actuation). Cette idée, déjà ancienne, s'attaque au cœur même du moteur à explosion.

Depuis le début de son histoire, on utilise un système mécanique (culbuteurs hier, courroie de transmission aujourd'hui) pour commander le mouvement des soupapes en utilisant la rotation du vilebrequin. Cette liaison mécanique bien commode garantit que les soupapes qui font entrer le mélange explosif dans les cylindres (admission) et celles qui en font sortir les gaz brûlés (échappement) s'ouvrent et se ferment aux bons moments. Mais ce lien rigide empêche de jouer à l'échelle des millisecondes sur l'ouverture et la fermeture des soupapes pour optimiser les échanges gazeux en fonction de multiples paramètres (puissance demandée, température du liquide de refroidissement, régime moteur...).

Dompter les soupapes

Depuis des années, différentes techniques de distribution variable ont été explorées pour relâcher ce lien afin d'offrir des avantages autrement inconciliables. Pour obtenir un moteur avec un couple élevé, souple et tranquille, le réglage n'est en effet pas le même que pour un moteur nerveux qui monte vite dans les tours. Plusieurs fabricants de moteurs ont mis au point leurs propres méthodes, pour modifier l'amplitude du mouvement des soupapes ou pour faire varier le calage. On obtient alors un véhicule doux à bas régime mais qui sait accélérer pour doubler la caravane du vacancier.

Gregory M. Shaver (à gauche) et David Snyder à l’université de Purdu, devant un moteur diesel, en attendant la réalisation d’un modèle futuriste VVA-HCCI. Crédit : Purdue University.

Les deux chercheurs américains veulent aller plus loin et se servir de la distribution variable pour réduire drastiquement la consommation et permettre à un moteur d'avaler des carburants divers, traditionnels ou biocarburants. Avant les essais, ils ont mis au point un modèle - très simple, expliquent-ils - pour exploiter une deuxième idée en vogue : le moteur HCCI, pour homogeneous charge compression ignition, c'est-à-dire à charge homogène et allumage par compression. Comme dans un moteur à cycle Diesel, l'explosion est provoquée par la compression (compression ignition), donc sans bougie, et comme dans un moteur à essence, le mélange est bien homogénéisé du haut en bas du cylindre (homogeneous charge), garantissant une explosion uniforme et donc efficace. Un tel moteur accepte des mélanges pauvres en carburant.

Une double idée pour un moteur plus écolo

Ces chercheurs américains imaginent d'utiliser le réglage fin du mouvement des soupapes pour ajuster la répartition du mélange et la stratification des températures de haut en bas des cylindres. Par exemple, en retardant un tout petit peu la fermeture de l'échappement, on peut récupérer une petite quantité de gaz brûlés qui va réchauffer l'intérieur du cylindre. A l'inverse, on fermera la soupape très tôt si la température est suffisamment élevée. Pour parvenir à ce niveau d'ajustement, il faut commander les soupapes avec des moteurs électriques, barder le moteur de capteurs les plus divers et faire analyser le tout par une électronique suffisamment rapide.

Sur le papier, cela fonctionne. La meilleure efficacité augmenterait le rendement d'un moteur à essence de 15 à 20 %. De quoi réduire la consommation donc également l'émission de gaz carbonique. La pollution serait réduite elle aussi car, fonctionnement à une température plus faible, un moteur HCCI dégage moins d'oxydes d'azote.

De plus, divers carburants pourraient être utilisés avec un égal bonheur. En effet, l'un des problèmes du moteur HCCI, comme d'un moteur diesel, est que l'explosion a lieu à un moment qu'il est difficile de déterminer exactement car il dépend de l'homogénéité du mélange et même de la qualité du carburant. Avec le contrôle total que permet la distribution variable commandée par une électronique sophistiquée, le moteur s'adapterait au carburant sans que soient modifiés le rendement et les performances.

Il ne reste plus qu'à le fabriquer...

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