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25 février 2020
Le moteur 2-temps à pistons opposés de plus en plus attractif


Les 13 et 14 février dernier s’est déroulée dans les locaux de l’IFPEN une conférence internationale sur les moteurs 2-temps. Si l’industrie automobile n'utilise plus le cycle 2-temps depuis quelques décennies, l’architecture en pistons opposés lui redonne de l’intérêt, d’autant qu’elle accepte plus facilement l’auto-allumage contrôlé.


Rappelons que ce type de moteur comporte deux pistons face à face en mouvement alternatif antagoniste dans un même cylindre pour créer une chambre de combustion centrale et ouvrir des lumières en fin de détente : un piston ouvre celles d’échappement et l’autre celles d’admission.

3-cylindres / 6 pistons 2.7 l à allumage par compression développé par Achates Power

Le leader de ce renouveau est sans conteste la société californienne Achates Power qui a présenté une large gamme de projets à différents niveaux de maturité. Son moteur de référence est le révolutionnaire 3-cylindres / 6 pistons « OPGCI » de 2,7 litres que nous avons décrit dans notre dossier de mai 2018. Chaque rangée de 3 pistons agit sur un ensemble bielles-vilebrequin, les 2 vilebrequins étant reliés entre eux par un train d’engrenages.

Le moteur développe 200 kW (272 ch) à 3600 tr/min et 650 Nm de 1600 à 2100 tr/min. Un turbocompresseur et un compresseur volumétrique assurent le remplissage et l'alimentation en essence est effectuée par 2 injecteurs par cylindre. Aidé par un rapport volumétrique de 18,5 :1, l’allumage est obtenu par compression et amorcé par une injection secondaire selon le procédé GDCI développé par Delphi.

Depuis l'écriture de notre dossier cité plus haut, la société a réalisé une série de mesures sur un pick-up Ford F150. Bruno Linsolas, vice-président d’Achates Power pour l’Europe, a annoncé : « Comparé à la version actuellement commercialisée avec un V6 Ford Ecoboost 2.7, le prototype affiche une baisse de consommation de 24 % et une valeur de 30 % reste toujours dans notre viseur. La réduction de consommation par rapport à un véhicule équivalent propulsé par un diesel est estimée à 12 % et notre objectif vise 16 %. »

Autres études de moteurs à pistons opposés

Monocylindre 0,9 l à 2 pistons opposés et vilebrequins reliés électriquement

Achates Power développe avec Nissan et l'université de Michigan un projet plus original : un monocylindre 0,9 l à 2 pistons opposés. L’objectif de ce programme ARPA-E est de proposer une technologie hybride à haut rendement et coût abordable. La curiosité de l'étude est que les 2 vilebrequins ne sont pas reliés et synchronisés mécaniquement mais électriquement via 2 moteurs-générateurs. Ce GMP hybride série devrait équiper des petites voitures urbaines japonaises.

Achates Power teste également un 3-cylindres / 6 pistons de 10,7 l et délivrant 335 kW (456 ch) sur un poids lourd Peterbilt.

D’autre part, l'université polytechnique de Valence (Espagne) et la start-up INNEngine ont exposé un moteur axial à pistons opposés sans vilebrequin. Dédié à des applications de faible puissance (30 kW) telles qu’un prolongateur d’autonomie, ce 500 cm3 utilise deux plateaux à cames qui sont mis en rotation par les 8 pistons des 4 cylindres. Le chef du projet précise : « Ces 2 plateaux à cames sont reliés par 2 demi-arbres co-axiaux qui peuvent être légèrement décalés par un accouplement hélicoïdal piloté, offrant ainsi à la fois un rapport volumétrique variable et un déphasage de distribution. »

Une consommation spécifique de 204 g/kWh (rendement de 42 %) a déjà été obtenue et l’objectif est de descendre à 195 g/kWh (44 %). Ce concept intéressant est très certainement limité en cylindrée unitaire en raison de la pression élevée des rouleaux sur les cames. Un allumage en préchambre est également à l'étude.


Plusieurs autres études sur l'allumage par compression (CAI) ont également été présentées. Pierre Duret, responsable de cet événement et directeur GMP et mobilité durable à l’IFP School, a rappelé : « La combustion CAI est née dans le moteur 2-temps. » Il a notamment conclu sa présentation par ce résultat d’étude : « Combiner CAI et injection directe dans un moteur 2-temps pourrait représenter une solution intéressante pour réduire davantage les émissions en charge partielle sans post-traitement complexe pour des applications où une densité de puissance élevée, un rendement élevé et des émissions ultra-faibles sont requis, par exemple pour un prolongateur d’autonomie. »

Les moteurs 2-temps conventionnels ont toujours de nombreuses applications, bénéficiant d’une haute densité de puissance et d’un faible coût de production. Ils sont principalement utilisés pour l’aviation ultra-légères, les outils portables, les 2-roues et les bateaux des petits aux plus gros.


  Yvonnick Gazeau