F. BATTIN

VERS DE NOUVEAUX TYPES DE
MOTEURS ET DE CARBURANTS AUTOMOBILES
F. BATTIN-LECLERC
LRGP-NANCY
1. INTRODUCTION
Problèmes environnementaux
Chemical &EngineeringNews,5novembre2012
 Réchauffement climatique lié aux émissions de CO2.
 Problèmes liés aux autres émissions (suies, NOx) nocives pour la santé.
1. INTRODUCTION
La solution de la voiture électrique
(rendement
maximum=60%)
 135 km/k max, 160 km autonomie (6h de recharge sur 220V)
 Prix similaire à la CLIO + 948€ par an de location de batterie
1. INTRODUCTION
Les limitations du moteur électrique
 Le moteur thermique n’est pas encore au rebut!
 Améliorations possibles du moteur à compression
 Utilisation de biocarburants
2. Améliorations du moteur à compression
Principe du moteur à compression
 La majorité des moteurs fonctionne suivant le cycle à 4 temps (Beau de Rochas,
Rochas 1862).
1862)
Admission
Compression
Allumage
Combustion
Détente
Echappement
2. Améliorations du moteur à compression
Le moteur à allumage commandé (Otto
(Otto, 1876)
 Admission d’un prémélange air/carburant (essence, gaz…),
 Allumage
All
par une bougie.
b
i
D’aprèsJarosinski etVeyssière
Imagesdel’évolutiondel’intensitédelacombustionaucoursducycle
(dansunmoteuràaccèsoptiqueobtenuesavecunecaméraultra‐rapide)
 Faibles émissions grâce à un couplage aisé avec un pot catalytique.
2. Améliorations du moteur à compression
Le moteur à allumage commandé (Otto
(Otto, 1876)
 Admission d’un p
prémélange
g air/carburant
/
((essence,
Gaz…),
 Allumage par une bougie,
 Couplage aisé avec un pot catalytique
R
Rendement
d
t maximum:
i
35%
 Limitation du taux de compression (10‐11) à
cause du phénomène de cliquetis: une auto‐
inflammation avant le front de flamme
Piston
aprèscliquetis
intense
Combustion
normale
Auto‐inflammation
Cliquetis
2. Améliorations du moteur à compression
Le moteur à allumage commandé (Otto
(Otto, 1876)
 Pistes d’amélioration du rendement:
 Gain 10%: Injection directe:
injection du carburant près de la
bougie en fin de compression pour
p
la q
quantité nécessaire
optimiser
 Gain 20‐35%: Suralimentation
ou downsizing: réduire la
cylindrée d'un moteur tout en
obtenant la même puissance
grâce à une suralimentation
2. Améliorations du moteur à compression
Le moteur Diesel (Diesel
(Diesel, 1893)
 Admission d’une charge d’air pur, puis injection du carburant par spray liquide,
 Allumage
All
par compression
i
 Rendement maximum: 55% grâce à un fort taux de compression (16‐18).
D’aprèsJarosinski etVeyssière
Imagesdujetréactifdansunmoteuràaccèsoptiqueavecpistontransparent
obtenuesavecunecamérarapide.
 Importante formation de suies et de NOx,
2. Améliorations du moteur à compression
Le moteur Diesel (Diesel
(Diesel, 1893)
 Piste de réduction de la formation des suies et des NOX:
 Diminution de la température par dilution de la charge par des gaz
brûlés refroidis et recirculés:
Boucle EGR
 Combustion Dual‐Fuel:
2. Améliorations du moteur à compression
Le moteur HCCI (Onishi
((Onishi,1977)
1977))
 Charge air/carburant prémélangée
comme le moteur à essence
 Allumage par compression
comme le
l moteur Diesel
Di l
 Rendement proche de ceux
du moteur Diesel grâce à un fort taux de
compression (> 15) variable.
 Faible émission de suies et de NOx
grâce à une forte dilution et l’absence de
forts gradients de température et de
concentration
concentration.
 Contrôle du fonctionnement
très délicat et dépendant de la chimie
du carburant.
 Alimentation Diesel en injectant
le carburant durant la compression
p
ou essence en utilisant les gaz brûlés chauds.
 Limité aux faibles charges,
mais peut précéder un fonctionnement
Diesel classique
2. Les Biocarburants
1ère génération:
Utilisationdirectedesformesdebiomassesagricolesclassiques
 Essence: Ethanol (E85)
obtenue par la fermentation de sucres
 Diesel: transestérification (avec méthanol)
d’huiles végétales (colza, soja…)
2. Les Biocarburants
1ère génération:
Utilisationdirectedesformesdebiomassesagricolesclassiques
 Essence: Ethanol (E85)
obtenue par la fermentation de sucres
 Diesel: transestérification (avec méthanol)
d’huiles végétales (colza, soja…)
2. Les Biocarburants
2ème génération:
Utiliselabiomasselignocellulosique(bois,paille)
oulesrésidusagricoles
l
é id
i l
 Essence:
 Ethanol
‐ Fermentation du glucose
obtenu p
par hydrolyse
y
y enzymatique,
y
q
de la cellulose
 Butanol
‐ Meilleure valeur calorifique
‐ Fermentation du glucose
 2,5‐diméthylfurane
‐ Meilleure valeur calorifique
‐ Conversion catalytique du fructose
(N
(Nature,
2007)
 Diesel:
éifi ti , puis
i catalyse
t l
Fi h T
Fischer‐Tropsch
h
gazéification
2. Les Biocarburants
3ème génération:
Utilisedesmicroalgues
D’aprèsTitica
Merci de votre
attention