Les efforts en grande partie vains de Mazda pour le compte du moteur rotatif, qui durent cinq décennies, démontrent à quel point il est difficile de démonter le moteur à pistons conventionnel. Pourtant, de nouveaux concepts continuent d’émerger, en particulier compte tenu de la quête incessante d’efficacité de l’industrie. La plupart d’entre eux ne dépassent jamais le stade de la conception — ou même du crayon. Mais voici un design qui est bien en développement et qui est très prometteur.

Il s’agit du moteur à piston opposé (OP) Achates, dont un prototype a été présenté dans un pick-up Ford F-150 au salon de l’auto de Detroit 2018. Ce moteur avait trois longs cylindres d’affilée, avec un vilebrequin en dessous et un autre au-dessus de la rangée de cylindres. Une paire de pistons opposés alternaient dans chaque cylindre, chacun relié à son propre vilebrequin.

Comment ça marche

Le moteur est un moteur à deux temps à piston, ce qui signifie qu’il n’a pas de soupapes. Au lieu de cela, les orifices dans les parois des cylindres sont découverts lorsque les pistons sont au bas de leurs courses. Les orifices inférieurs sont les entrées et les tiges sont les échappements, et l’échappement conduit l’admission d’environ 10 degrés pour s’assurer que les échappements s’ouvrent en premier. Lorsque les deux sont ouverts, un compresseur souffle de l’air frais dans le cylindre à une extrémité pour forcer les gaz d’échappement à sortir de l’autre extrémité. Ensuite, les pistons commencent à se rapprocher l’un de l’autre, recouvrant les deux orifices et comprimant l’air. Le carburant est injecté directement dans le cylindre lorsque les pistons sont en fin de course. Ainsi, il n’y a pas de course d’admission et d’échappement comme dans un moteur à quatre temps conventionnel – seulement des courses de compression et de puissance. C’est probablement plus facile à comprendre en regardant cette animation, fournie par le fabricant.

La disposition de base du moteur Achates existe depuis un certain temps. La Luftwaffe allemande a commencé à utiliser des diesels à pistons opposés Junkers Jumo similaires dans de gros avions en 1932. Un diesel à piston opposé Fairbanks-Morse plus grand alimentait la plupart des sous-marins de la Marine américaine pendant la Seconde Guerre mondiale et fournit toujours une alimentation de secours sur les sous-marins nucléaires modernes.

Faire une vieille idée Nouvelle

Achates a repris cette conception de base et amélioré les caractéristiques de combustion, tout en offrant la possibilité d’adapter le fonctionnement du moteur aux différentes conditions et carburants. Une grande partie du développement s’est concentrée sur les versions diesel, mais la société travaille également sur des versions essence sans bougies d’allumage — le concept HCCI (Allumage par compression à Charge Homogène) que beaucoup développent mais que personne n’a perfectionné.

La théorie suggère qu’un moteur à pistons opposés présente un avantage en termes d’efficacité car, comme il n’y a pas de culasses, le système de refroidissement perd moins de chaleur. Pensez à une chambre de combustion conventionnelle dans laquelle les surfaces sont constituées d’une couronne de piston, d’une courte circonférence cylindrique et d’une culasse. Dans la conception OP, chaque paire de cylindres se réunit, de sorte que les têtes sont éliminées.

De plus, comme la chambre de combustion de chaque piston se connecte à celle d’un autre, la chambre résultante est plus épaisse et ressemble moins à un disque mince. Achates augmente cet avantage en utilisant une course jusqu’à 1,3 fois plus longue que l’alésage. Achates façonne soigneusement les couronnes de piston pour fournir un tourbillon et une dégringolade à la charge d’admission afin de favoriser une combustion rapide et stable.

Deux injecteurs directs opposés – chacun délivrant plusieurs giclages soigneusement chronométrés – permettent une distribution complète du carburant pour brûler la majeure partie de l’air et limiter la production de particules. Un taux de compression d’environ 18,0:1 pour la version essence à allumage par compression (GCI) et un peu moins pour le diesel assure un bon taux de dilatation pour extraire un maximum d’énergie mécanique de chaque événement de combustion.

Un balayage supérieur est la Clé

La sauce secrète pour faire ce travail est la capacité de contrôler le balayage dans le moteur. Le compresseur, qui fournit de l’air à basse pression pour récupérer les cylindres, a un entraînement à deux vitesses et peut également être contourné. Cette flexibilité permet au cylindre d’être moins que complètement balayé dans certaines conditions. Par exemple, lors d’un démarrage à froid, un balayage partiel laisse beaucoup de produits de combustion du cycle précédent (recirculation interne des gaz d’échappement) dans le cylindre. Cela augmente la température de combustion et fournit un flux d’échappement plus chaud pour amener les catalyseurs à la température de fonctionnement.

Un environnement de combustion aussi chaud aide combustion à bas régime et sous des charges légères, ce qui a été un problème pour les moteurs HCCI conventionnels. Au ralenti, par exemple, les gaz d’échappement retenus sont d’environ 50%. À des puissances plus élevées, le cylindre est plus complètement nettoyé pour maintenir les températures de combustion maximales à des températures plus basses, limitant ainsi les émissions d’oxydes d’azote (NOx). Il est également utile que, bien que le moteur dispose également d’un turbocompresseur pour prendre le relais du compresseur à des charges plus élevées et pour améliorer l’efficacité, le moteur ne fonctionne pas avec beaucoup de pression de suralimentation. Au lieu de cela, la conception à deux temps, avec deux fois plus de coups de puissance par tour, permet au moteur de correspondre à la puissance du moteur conventionnel sans trop de boost, même lorsqu’il est réduit de 20 à 30% de cylindrée.

Bien qu’il n’y ait pas de groupe de soupapes conventionnel dans ce moteur, le frottement global est similaire à celui d’un moteur conventionnel en raison du deuxième vilebrequin, du robuste train d’engrenages reliant les deux manivelles et de la nécessité d’entraîner le compresseur. Le poids est également à peu près comparable. Le moteur est plus haut qu’un moteur conventionnel, mais en l’inclinant, il s’adapte généralement sous les hottes existantes.

Plus Efficace Qu’une Prius ?

Achates affirme que la version GCI de ce moteur atteindra un rendement maximal de 44%. Ce n’est que 10% de mieux que le rendement de 40% revendiqué par le moteur à cycle Atkinson de la Toyota Prius actuelle, mais Larry Fromm, vice-président exécutif du développement commercial d’Achates, affirme que le moteur Achates offre cette efficacité sur une plage de régime et de charge beaucoup plus large que le moteur Prius. Par exemple, le moteur GCI acheté dans le Ford F-150 réaliserait une économie de carburant 30% meilleure sur le cycle EPA que le moteur à essence le plus efficace de Ford, le EcoBoost V-6 de 2,7 litres. Cela signifierait une note combinée d’environ 29 mpg — ou 4 mpg de plus que le 3 de Ford.V-6 diesel de 0 litre dans la version à propulsion arrière de ce camion.

Ford

Malheureusement, nous ne sommes pas susceptibles de voir un moteur acheté sous le capot de la voiture.

une voiture ou un camion depuis quelques années. Achates n’a pas l’intention de construire lui-même des moteurs mais a l’intention de concéder sous licence sa technologie à des fabricants établis. Il a déjà une relation avec Fairbanks-Morse, qui utilise la technologie Achates sur un diesel stationnaire de 12 cylindres, 24 pistons, 5000 ch et 95 000 livres utilisé pour la production d’électricité. Fairbanks-Morse revendique une efficacité thermique de 50%.

Achates travaille également avec Cummins au développement d’un moteur à pistons opposés de 1000 ch pour alimenter les véhicules de combat de l’Armée américaine. Fromm dit que la société est en pourparlers avec plusieurs grands constructeurs automobiles intéressés par la version GCI. Mais avec rien de concret encore, et avec les longs temps de développement et de test que subissent les nouveaux moteurs, nous ne verrons pas un moteur Achates sur la route avant au moins cinq ans.

Les applications automobiles Pourraient Inclure des hybrides rechargeables

Si vous pensez que d’ici là, les voitures électriques auront éliminé le besoin de moteurs à combustion interne de toute nature, détrompez-vous. Si l’efficacité du moteur est réalisée en production, la réalisation des normes fédérales d’économie de carburant de 2025 pourrait être plus facile et moins coûteuse avec la conception d’Achates qu’en utilisant l’électrification. Et, souligne Fromm, les moteurs à pistons opposés sont intrinsèquement lisses, de sorte qu’une version monocylindre à deux pistons pourrait constituer un prolongateur d’autonomie idéal pour un PHEV, d’autant plus qu’il peut être transformé en un ensemble plat caché sous un coffre ou un siège. Seul le temps nous dira si Achates a craqué le code des moteurs à pistons opposés dans les voitures et les camions.