L'ascète parmi les moteurs à combustion

En 2012, les émissions moyennes de CO₂-de toutes les voitures de tourisme neuves vendues en Suisse sont de 151 grammes par kilomètre. Avec des prescriptions d'émission, la Confédération suisse prévoit d'abaisser successivement cette valeur à environ 70 grammes d'ici 2025. Des scientifiques de l'Institut des systèmes dynamiques et des techniques de régulation de l'ETH Zurich ont maintenant développé un moteur hybride gaz naturel-diesel qui n'émet plus que 56 grammes de CO₂ dans l'environnement, ce qui est deux à trois fois inférieur aux valeurs d'émission actuelles. Cela est possible parce que le gaz naturel est relativement peu polluant. Il est extrait à grande échelle dans de nombreux pays, comme les ?tats-Unis, et est considéré comme la principale alternative au pétrole pour les prochaines décennies.

Injection diesel à la place de la bougie d'allumage

Les scientifiques de l'ETH ont transformé un moteur diesel conventionnel d'une voiture de tourisme de la classe Golf de manière à ce qu'il puisse fonctionner à 90% au gaz naturel. Au lieu d'utiliser une bougie d'allumage, comme c'est le cas pour les moteurs ordinaires fonctionnant au gaz naturel, le moteur s'allume avec une petite quantité de diesel que les chercheurs injectent directement dans le cylindre, obtenant ainsi une combustion très efficace avec un rendement maximal de 39,6 pour cent.

Les moteurs diesel au gaz naturel existent déjà aujourd'hui. Ils sont utilisés dans l'industrie là où l'électricité est produite et consommée en un seul endroit - par exemple pour faire fonctionner de grandes machines. "Mais dans un véhicule, le régime et la charge changent constamment, ce qui rend le fonctionnement du moteur nettement plus compliqué", explique Tobias Ott, doctorant dans le groupe de recherche du professeur Lino Guzzella.

Nouveau type de régulation électronique de la combustion

Tobias Ott a développé ce nouveau type de contr?le électronique de la combustion en collaboration avec le Senior Scientist Christopher Onder et Lino Guzzella dans le cadre de sa thèse de doctorat. La pièce ma?tresse est un capteur qui mesure la pression dans les cylindres. Gr?ce à des algorithmes de commande et de régulation complexes, les scientifiques sont parvenus à adapter en permanence la quantité de diesel et le moment de l'injection, permettant ainsi au moteur de fonctionner avec la plus grande efficacité possible. Les chercheurs ont couplé le nouveau moteur diesel au gaz naturel à un petit moteur électrique, ce qui a permis de réduire encore la consommation. Ils pourraient toutefois aussi monter le moteur diesel au gaz naturel dans un véhicule sans hybridation électrique. Pour une production industrielle, cela est décisif, car un constructeur peut ainsi produire de plus grandes quantités.

Production en série possible d'ici cinq ans

Les scientifiques ont démontré expérimentalement la réduction des émissions sur un banc d'essai construit à cet effet et ont publié les résultats dans la revue spécialisée "Energies". Dans le cadre de cette démonstration de faisabilité, il s'agit également de rendre la cha?ne cinématique utilisable dans la pratique et de résoudre les derniers problèmes techniques. "Pour l'instant, c'est surtout la température du catalyseur qui nous préoccupe", explique Tobias Ott. Pour que celui-ci fonctionne correctement, il doit atteindre une température d'au moins 300 degrés. "Mais comme notre moteur à combustion transforme si efficacement l'énergie thermique en énergie mécanique, l'air d'échappement n'est pas assez chaud, notamment après le démarrage", ajoute Ott. Les scientifiques veulent remédier à ce problème en régulant spécialement le moteur pendant le réchauffement.

Christopher Onder est convaincu que le moteur diesel au gaz naturel pourra être produit en série d'ici cinq ans. "La condition préalable est que nous trouvions un partenaire industriel qui prenne en main le développement d'un prototype", explique-t-il. Les scientifiques sont conscients que le succès de leur moteur dépend de manière décisive de ses co?ts de production. Leur solution est relativement peu co?teuse et comme leur concept repose sur des technologies existantes, il est rapidement réalisable et idéal comme technologie de transition pour les dix à vingt prochaines années. Les chercheurs mènent déjà des discussions concrètes avec un constructeur automobile.