GasOn : plus de 45 % de rendement pour un moteur à gaz 2 litres 4 cylindres

Cette performance a été obtenue au cours du développement du projet GasOn financé dans le cadre du programme européen Horizon 2020. Il s’agit d’une étape maîtresse et incontournable pour la feuille de route qui vise à développer un nouveau moteur mono-carburant au gaz naturel.
 

Enjeu

Lancé en 2015 avec la participation de chercheurs de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich) et du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) installé également en Suisse (Dübendorf, dans la banlieue de Zurich), le projet a pour objectif de permettre à une nouvelle génération de moteurs fonctionnant au gaz de trouver place sous le capot des voitures particulières et des utilitaires légers qui seront commercialisés dans un avenir plus ou moins proche.

Les blocs doivent pour cela respecter les normes Euro 6 et s’inscrire dans le durcissement progressif des limites d’émissions de CO2. Quatre groupes de constructeurs en automobiles sont d’ailleurs partenaires : Volkswagen, Fiat, Renault et Daimler.

 

Véhicules légers

Si le projet GasOn s’intéresse spécifiquement aux véhicules légers, c’est tout simplement parce que le rendement des moteurs GNV embarqués dans les poids lourds dépasse déjà ceux des blocs équivalents qui seraient alimentés à l’essence. Ce n’est pas vraiment le cas pour les voitures particulières et les camionnettes.

« Toutefois, l’efficacité pourrait encore être considérablement augmentée - en raison de la résistance élevée au cognement du méthane - parce que les moteurs à gaz actuels des voitures particulières ne sont généralement que des moteurs à gaz peu adaptés, c'est-à-dire des concepts qui n'ont pas encore été optimisés pour fonctionner au méthane », commente, sur son site Web, l’Empa.
 

2 litres 4 cylindres

Parce que ses caractéristiques conviennent à une très large plage d’utilitaires et de voitures particulières, c’est pour un moteur 4 cylindres de 2 litres de cylindrée que les chercheurs ont mis au point un système de combustion très efficace.

Pour avancer dans leurs travaux, ils ont développé et exploité un système permettant d’observer ce qui se passe lorsqu’on déclenche l’explosion d’un mélange de gaz pauvre dans une préchambre de combustion à débit réduit et de la taille d’un dé à coudre. Ce montage leur a servi à  étudier le comportement de l’allumage dans l’antichambre ainsi que la transmission de chaleur dans la chambre de combustion principale.

 

Passage de relais

Les données collectées lors des premières observations ont permis de développer des outils numériques afin de pouvoir mettre en équations les processus à l’œuvre. Avec les résultats ainsi obtenus, Volkswagen Group Research a pu optimiser la conception de la préchambre et de la chambre de combustion principale.

Le bloc mis au point à la suite de cette étape a été expédié à l’Empa qui a mené de nouvelles investigations autour du processus de combustion. Un système de commande moteur a été alors développé par l’Institut des systèmes dynamiques et de la technique de commande de l’ETH Zurich. Il a permis, d’une part, de coordonner le système complexe d’allumage et de combustion, mais aussi d’adapter l’ensemble à partir des nouvelles connaissances acquises à force d’expérimentation.
 

Réduction de 20% de la consommation

Le premier résultat très encourageant de ces recherches est une baisse de 20% de la consommation de gaz. Le rendement du bloc a dépassé les 45% dans ses valeurs maximales, avec plus de 40% tenus sur une large plage de fonctionnement. L’objectif qui visait à permettre à un moteur fonctionnant exclusivement au gaz de s’aligner, au minimum, sur le rendement des mécaniques diesel a été atteint.

Pour mémoire, les chiffres sont classiquement de 37-38% pour la technologie essence, et de 42-43% pour le diesel. Et il s’agit de rendements maximums. Les valeurs moyennes sont plus proches de 30%, sauf motorisations hybrides. Dans l’absolu, il serait possible de pousser le curseur au-delà de 50%, mais pas plus loin que 60%.
 

Prochaines applications ?

Si les constructeurs partenaires sont déjà en train de chercher comment exploiter les résultats du projet GasOn pour leurs prochains modèles de véhicules légers, les investigations ne s’arrêtent pas là !

Des travaux complémentaires sont encore à réaliser autour du processus de combustion avec un mélange pauvre. Surtout, le sous-programme concernant le post-traitement des gaz d’échappement d’un tel moteur n’a pas encore démarré. En bref, cette technologie ne sera pas à disposition des automobilistes et des entrepreneurs avant encore quelques années. Mais on y vient !