Moteurs hybrides non électriques

Un nouveau type de véhicule hybride pourrait offrir une consommation de carburant réduite aux consommateurs préoccupés par le prix de l'essence. Les ingénieurs mécaniciens du Royaume-Uni ont développé un nouveau type de moteur à combustion capable de basculer entre un moteur à deux temps et un moteur à quatre temps. Le système, disent-ils, peut réduire la consommation de carburant de 27 %.

Un nouvel hybride : Ce prototype de moteur hybride, baptisé 2/4SIGHT, peut basculer entre les modes quatre et deux temps, réduisant ainsi la consommation de carburant de plus de 25 %.

L'amélioration de la consommation de carburant provient essentiellement de la réduction de la taille du moteur, explique Neville Jackson, directeur de la technologie de Ricardo Royaume-Uni , une société d'ingénierie à Shoreham-on-Sea qui a développé le nouveau moteur. Un moteur plus petit a moins de friction interne et offre une meilleure consommation de carburant, dit-il.

Mais les moteurs de petites voitures, qui sont généralement basés sur une conception à quatre temps, n'offrent pas beaucoup de puissance. Ils peuvent être particulièrement problématiques lorsqu'ils sont utilisés à basse vitesse avec une charge élevée, comme lors de l'accélération en montée. De telles conditions peuvent même provoquer un petit calage du moteur si le conducteur ne rétrograde pas.

Les quatre temps sont les plus efficaces à plein régime ; à deux coups, c'est l'inverse, dit Robert Kee , un ingénieur en mécanique spécialisé dans les moteurs à combustion à l'Université Queen's, à Belfast, en Irlande du Nord.

La différence entre les moteurs à deux et à quatre temps est que ces derniers effectuent les quatre étapes d'admission d'air, de compression, de combustion et d'échappement en quatre temps d'un piston. Un moteur à deux temps, en revanche, le fait en seulement deux coups de piston.

Les moteurs à deux temps sont intrinsèquement plus simples de par leur conception et ont des rapports puissance/poids plus élevés à des charges élevées et à basse vitesse, car ils obtiennent deux fois plus de coups de puissance par tour. Mais les moteurs à deux temps traditionnels nécessitent que l'huile soit mélangée au carburant et produisent donc des émissions plus élevées. Pour cette raison, ils ne sont généralement pas utilisés dans les voitures. Au lieu de cela, ils sont utilisés pour des applications légères telles que les tronçonneuses, les tondeuses à gazon et certaines motos.

Mais maintenant, les chercheurs de Ricardo ont développé une tête de piston qui fonctionne à la fois en mode deux et quatre temps, et qui peut basculer automatiquement entre les deux modes, en fonction des besoins du moteur. Cela permet à un moteur plus petit de gérer les conditions de faible vitesse et de charge élevée sans caler.

C'est un concept intéressant, dit Martti Larmi , directeur du laboratoire des moteurs à combustion interne de l'université de technologie d'Helsinki, en Finlande.

Le principal défi dans la construction d'un tel moteur est de perfectionner le processus de balayage, dit-il, lorsque les gaz résiduels du cycle de combustion précédent sont remplacés par de l'air frais et du carburant.

Vous avez besoin d'une sorte de pression du côté de l'admission pour évacuer les gaz qui ont déjà brûlé, explique Larmi.

Dans un moteur à deux temps traditionnel, la force de l'admission de carburant et d'air chasse l'échappement. Malheureusement, ce processus entraîne la perte d'une partie du carburant non brûlé sous forme d'échappement, ce qui entraîne des émissions plus élevées. Les moteurs à quatre temps forcent les fumées usées hors du cylindre à travers une soupape commandée par came en utilisant une course ascendante du piston. Lors de la descente suivante, de l'air frais et du carburant sont injectés dans le cylindre tandis que la soupape d'échappement est fermée.

Le moteur de Ricardo, appelé 2/4SIGHT, utilise des soupapes comme un moteur à quatre temps, mais en mode deux temps, le moteur maintient les soupapes d'admission et d'échappement ouvertes en même temps afin que le carburant et l'air dans le cylindre soient renouvelés chacun. cycle, plutôt que tous les autres cycles.

Le développement d'un moteur à deux temps à faibles émissions a suscité beaucoup d'intérêt. Mais c'est une configuration difficile à perfectionner car il y a peu de temps pour faire entrer le mélange air-carburant et sortir l'échappement, explique Larmi. Le danger ici est que l'entrée d'air frais puisse sortir directement par la sortie d'échappement, dit-il.

Ricardo utilise quelques astuces pour contourner ce problème. Premièrement, la conception de la tête de piston de Ricardo utilise le culbutage inversé, un processus dans lequel l'admission d'air est dirigée loin de la soupape d'échappement, pour réduire les chances qu'il s'écoule directement du cylindre. Ricardo a également remplacé les soupapes à cames par des soupapes électrohydrauliques qui, avec l'injecteur de carburant, peuvent être commandées par logiciel.

Les constructeurs automobiles ont manifesté leur intérêt pour la construction de ce type de moteur hybride dans le passé, explique Kee. Mais il y a beaucoup de défis, dit-il. En effet, tant Toyota que Ricardo se sont penchés sur cette question à la fin des années 80 et au début des années 90.

Mais dans le passé, la technologie n'était tout simplement pas là. Selon Ricardo, la seule raison pour laquelle l'entreprise est capable de créer un système viable maintenant est le logiciel qui contrôle les modes d'échange de gaz et de moteur. Le système de contrôle du moteur surveille la demande du conducteur, explique Jackson. Lorsqu'il faut plus de couple que ce qui serait possible en mode quatre temps, il bascule, dit-il. Cependant, la société ne révélera pas de détails sur le moment où, dans le cycle du moteur, le mode est commuté.

Le prototype de Ricardo, un moteur V6 de 2,1 litres adapté, a été testé par des chercheurs de l'Université de Brighton et s'est avéré capable de produire le type de performances que l'on attend normalement d'un moteur de trois à quatre litres. Basé sur le nouveau cycle de conduite européen, qui est un test de performance standard conçu pour évaluer l'efficacité du moteur et les émissions dans le cadre d'une utilisation typique d'une voiture, le prototype a démontré des économies de carburant de 27% et réduit les émissions d'une quantité similaire. La phase suivante consiste à essayer d'intégrer un prototype de moteur dans un véhicule en état de marche, explique Jackson.

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