Le moteur Wankel, le moteur Stirling et divers types de turbocompresseurs ne sont jamais entrés dans le domaine de l’automobile. Plusieurs entreprises de renom (de Mazda à GM, de Mercedes à Volvo) y ont travaillé pendant des décennies, mais des petites entreprises et des inventeurs individuels ont également persisté. Hélas, il s’est avéré qu’une conception particulière comportait beaucoup plus d’écueils qu’il n’y paraissait au premier abord. Mais cela ne signifie pas que le développement de groupes motopropulseurs alternatifs est impossible. Les passionnés ont des idées différentes, et nous aimerions partager avec vous un certain nombre de projets exotiques.
Certains créateurs de moteurs prometteurs ont décidé que la combinaison cylindre, piston, bielle et vilebrequin a fait ses preuves depuis plus d’un siècle et qu’il n’est pas nécessaire de la réinventer pour améliorer les paramètres du moteur à combustion interne – il suffit simplement de corriger certains aspects. C’est pourquoi le premier de notre liste est le moteur de la société américaine Scuderi Group, qui présente des temps d’admission, de compression, de puissance et d’échappement classiques, mais qui ne se produisent pas dans le même cylindre, mais dans des cylindres différents. Le cylindre dit froid est responsable de l’admission et de la compression, et le second, chaud, de la puissance et de l’échappement.
Alors qu’il y a une expansion des gaz dans le cylindre de travail, une course d’admission a lieu dans le cylindre froid, celui du compresseur. L’échappement a lieu dans le cylindre de travail et la compression dans le cylindre froid. À la fin de la course de compression, les pistons s’approchent de leur point mort supérieur, un mélange passe par le canal de dérivation du cylindre froid vers le cylindre chaud et s’enflamme. Un tel cycle divisé (en principe, le cycle d’Otto, mais modifié) a été inventé par les Américains en 2006, et en 2009, ils ont construit le moteur pilote à cycle divisé de Scuderi. Le compresseur et les cylindres de travail peuvent avoir des diamètres et des courses de pistons différents, ce qui permet d’ajuster les paramètres de manière flexible – il s’agit d’un analogue du cycle de Miller avec une expansion supplémentaire des gaz.
Si l’on ajoute une branche avec des soupapes et une bouteille à haute pression au canal entre les cylindres, on peut faire en sorte qu’un tel moteur recueille de l’énergie pendant le freinage et l’utilise pendant l’accélération. Cependant, depuis plusieurs années, les activités du groupe Scuderi se sont limitées à des prototypes et à la participation à des expositions. Il semble que l’efficacité réelle ne soit pas encore à la hauteur de la grande complexité de la conception.
Les développeurs de la société croate Paut Motor se sont également tournés vers le cycle de travail fractionné. Leur conception « espacée » a attiré l’attention en raison du nombre réduit de pièces, de la faible friction et du bruit réduit. La nécessité d’un réservoir externe pour le système de lubrification, due au fait qu’il n’y a pas d’huile dans le carter, n’a pas non plus effrayé. Les inventeurs ont construit plusieurs prototypes. D’une capacité de sept litres, leurs dimensions (500×440×440 mm) et leur poids (135 kg) représentent presque la moitié de ceux des moteurs à combustion interne traditionnels. Mais la puissance n’a jamais été déterminée. Le dernier prototype a été assemblé en 2011, puis le projet s’est arrêté.
Le moteur à deux temps Bonner (du nom du sponsor, Bonner Motor), inventé en 2006 aux États-Unis par Walter Schmid, est encore plus compliqué. Comme dans le projet Paut Motor, les cylindres sont ici disposés en forme de X, et le vilebrequin effectue également un mouvement planétaire grâce au système d’engrenage.
Des soupapes dans les fonds de cylindre et des soupapes à tiroir rotatives dans le corps du moteur sont responsables de la distribution des gaz dans Bonner. En même temps, les pistons externes peuvent se déplacer légèrement sous la pression de l’huile, ce qui permet d’obtenir un taux de compression variable. Quel système compliqué ! Et tout cela pour obtenir une puissance élevée par unité de poids. En théorie, Bonner semble intéressant, mais en pratique, on n’en a plus entendu parler depuis longtemps – apparemment, il n’a pas répondu aux attentes.
D’autres inventeurs n’ont pas modifié les cycles de fonctionnement du moteur à combustion interne, mais se sont concentrés sur l’emplacement de ses pièces. Il s’agit, par exemple, des moteurs axiaux, qui ont plus de cent ans. Ils diffèrent tous par des détails, mais sont unis par un principe commun : les cylindres sont disposés comme les cartouches d’un barillet de revolver, avec un arbre de sortie coaxial. Différents systèmes, tels que des goupilles inclinées par rapport à l’axe longitudinal du moteur, des rondelles coniques et autres, sont chargés de convertir les mouvements alternatifs des pistons en rotation de l’arbre.
Un projet néo-zélandais de la société Duke Engines, un moteur cinq cylindres à quatre temps d’une capacité de trois litres, est une variété d’unités axiales. Par rapport au moteur à combustion interne classique de même capacité, celui-ci était, selon les calculs des auteurs, 19% plus léger et 36% plus compact. Il était promis à une utilisation dans divers domaines, mais les rêves de conquête du monde entier sont restés des rêves.
Le moteur RadMax de la société canadienne Reg Technologies est un exemple axial encore plus complexe. Ici, au lieu de cylindres, une douzaine de compartiments sont organisés dans un tambour commun à l’aide de fines pales. Dans les fentes du rotor sont installées des plaques qui se déplacent le long de celles-ci au fur et à mesure de la rotation. Les volumes variables qui en résultent limitent les surfaces incurvées aux extrémités : elles déterminent la trajectoire des pales et contrôlent les échanges gazeux.
Le schéma RadMax permet de créer des moteurs pour différents types de carburants, même si, dans un premier temps, les inventeurs ont opté pour le diesel. En 2003, un prototype a été construit avec un diamètre et une longueur de seulement 152 mm. Il développait 42 chevaux, soit beaucoup plus qu’un moteur à combustion interne de taille similaire. Plus tard, l’entreprise a annoncé la création de prototypes plus grands, d’une puissance de 127 et 380 chevaux. Mais, à en juger par les communiqués, toutes ses activités ne dépassent pas le stade de l’expérimentation.
Le moteur rond toroïdal (ou moteur VGT) de la société canadienne VGT Technologies, déjà disparue, est un autre exemple de la supériorité de la théorie sur la pratique. Les premiers prototypes du moteur avec un tore à géométrie variable (d’où les lettres VGT – Variable Geometry Toroidal Engine) ont été testés par des ingénieurs dès 2005.
Le tore joue ici le rôle d’un cylindre, à l’intérieur duquel tourne un rotor sur lequel est fixée une paire de pistons. Les volumes variables nécessaires pour assurer les courses de puissance sont formés entre les pistons au moyen d’un mince disque de distribution doté d’une ouverture pour les pistons, qui tourne à travers le tore grâce à un entraînement par courroie ou autre. Ce disque restreint le mélange air-carburant pendant la compression et la course de puissance.
En 2009, les entrepreneurs américains Gary Kelley et Rick Ivas ont mis au point leur moteur toroïdal, recréant essentiellement le moteur canadien. Selon leurs estimations, un tore d’un demi-mètre de diamètre fournirait 230 ch et environ 1000 N⋅m à seulement 1050 tr/min. Mais… il y a maintenant un talon sur le site web de leur entreprise Garric Engines : « Merci de votre intérêt. La page peut être mise à jour à l’avenir. » Le moteur dit « nutating », inventé par l’Américain Leonard Meyer en 2006, a peut-être connu un sort un peu plus enviable – il a en tout cas été construit en plusieurs exemplaires.
Le nom du moteur vient du latin nutatio. Meyer a formé quatre chambres de travail de volume variable entre le corps du moteur et le disque d’écrasement latéral qui joue le rôle de piston. Le disque est coupé en deux sur son diamètre et suspendu à un arbre en forme de Z qui produit la puissance. Des canaux et des valves dans le corps sont responsables de l’échange de gaz.
Des prototypes du moteur de Meyer ont été construits par Baker Engineering et sa société sœur Kinetic BEI. L’unité développe sept chevaux avec un seul disque d’un diamètre de 102 mm, et déjà 120 avec une paire de disques de 203 mm ! La longueur du moteur à deux disques est de 500 mm, son diamètre de 300 mm et sa capacité de 3,8 litres. 2,5 à 3 chevaux par kilogramme contre un ou deux pour les moteurs atmosphériques à combustion interne produits en masse (parmi les moteurs hors masse, certains moteurs Ferrari produisent plus de trois chevaux par kilogramme, mais à 9000 tours/minute). Cependant, la capacité en litres n’est pas impressionnante. Aujourd’hui, Baker et Kinetic semblent vouloir donner forme à leurs projets, même si leurs sites web ne sont pas très actifs.
L’idée d’unités rotatives de différents types attire souvent les innovateurs, comme si le simple fait de s’écarter du schéma habituel permettait d’augmenter sensiblement les performances. Ainsi, Nikolay Shkolnik, originaire d’URSS et installé depuis longtemps aux États-Unis, a mis au point avec son fils Alexander un moteur qui ressemble au moteur Wankel à l’envers. Le rotor en forme de cacahuète tourne de la même manière dans une chambre triangulaire, mais à la différence du moteur Wankel, les joints sont fixés non pas au piston, mais aux parois de la chambre.
Pour développer le concept, les Shkolniks ont fondé la société LiquidPiston, qui a attiré la DARPA – elle cofinance désormais des expériences visant à faire fonctionner les unités « cacahuètes » dans des avions légers, y compris des drones, et dans des générateurs portables. Un prototype de moteur d’une capacité de 23 cm3 a un bon rendement de 20 % pour de telles dimensions. Les auteurs visent maintenant un prototype diesel pesant environ 13 kg et produisant 40 CV pour être installé sur une voiture hybride. Son rendement devrait atteindre 45%.
Le dernier moteur que nous allons examiner montre que l’idée d’une unité plate (parce que le rotor peut être rendu très étroit) est tentante. En même temps, les rotors eux-mêmes ne sont pas nécessaires pour sa mise en œuvre – il suffit d’équarrir le piston traditionnel et, par conséquent, de rendre le cylindre rectangulaire dans la vue de dessus.
Cet étrange développement de la société Pivotal Engineering existe depuis plusieurs années, au cours desquelles un certain nombre de prototypes ont été créés pour équiper des motos et des avions. Les auteurs adressent ce que l’on appelle le piston oscillant principalement à l’aviation. Outre les caractéristiques de puissance élevées par rapport au poids et à l’encombrement, un tel moteur à deux temps est parfaitement capable de forcer grâce au passage d’un canal de refroidissement liquide à travers l’axe fixe du piston. Une telle astuce est difficile à réaliser avec un schéma différent.
Il existe de nombreux développements exotiques qui n’entrent pas dans le cadre de notre étude, comme le moteur Wankel à 12 rotors, le moteur Knight ou les unités à pistons opposés, les moteurs à combustion interne à taux de compression variable ou à cinq temps (il en existe aussi !), ainsi que les unités à pales rotatives dans lesquelles les composants du rotor effectuent des mouvements comme des lames de ciseaux convergentes et divergentes.
Même une brève excursion au-delà des limites des moteurs à combustion interne classiques a montré combien d’idées ne sont pas mises en œuvre dans la production de masse. Les rotors sont souvent ruinés par le problème de l’usure des joints. Les options à pales rotatives souffrent également de charges alternées élevées qui détruisent le mécanisme de liaison entre les pales et l’arbre. Ce n’est qu’une des raisons pour lesquelles nous ne voyons pas de tels « miracles » sur les voitures de série.
La deuxième raison est que la production de moteurs à combustion interne traditionnels ne s’arrête pas. Dans les derniers échantillons d’essence avec le cycle Miller, l’efficacité thermique atteint 40 %, même sans turbocompresseur. C’est beaucoup. La plupart des moteurs à essence ont un rendement de 20 à 30 %. Les moteurs diesel ont un rendement de 30 à 40 % (jusqu’à 50 % sur les grands navires). Et surtout, une alternative globale au moteur à combustion interne a déjà été trouvée. Il s’agit des moteurs électriques et des piles à combustible. Par conséquent, si les inventeurs de curiosités ne résolvent pas tous les problèmes techniques dans un avenir très proche, ils ne seront tout simplement pas en mesure de rouler sur les marges de progrès devant les voitures électriques.
Il s’agit d’une traduction. Vous pouvez lire l’original ici : https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html
Publié October 07, 2021 • 12m to read
