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Développer les motorisations thermiques du futur

Les moteurs à combustion interne équiperont encore pour plusieurs décennies une part très importante des véhicules routiers.

En phase avec la réalité du marché et les besoins des industriels, les recherches d’IFPEN dans ce domaine doivent permettre de trouver le meilleur compromis pour améliorer leur efficience énergétique tout en réduisant leurs émissions de polluants.
Un pourcentage de gain en consommation à deux chiffres est encore possible.

 

Motorisations essence

Pour répondre aux objectifs réglementaires en termes de réduction globale des émissions de CO2, le moteur à essence doit améliorer encore son efficacité énergétique afin de se positionner comme une voie alternative au moteur Diesel.

Dans ce domaine, IFPEN a mis au point en 2015, dans le cadre d’une collaboration avec un acteur industriel, une solution destinée aux véhicules urbains de transport de marchandises (6-19 tonnes). La technologie développée permet à ces véhicules de disposer d’une motorisation à essence ayant un rendement proche de celui d’un moteur Diesel. Cette approche présente de surcroît l’avantage d’éviter l’utilisation de systèmes de dépollution complexes.

Par ailleurs, dans le cadre de son partenariat historique avec le GSM (Groupement scientifique moteurs réunissant IFPEN, Renault et Groupe PSA), IFPEN a poursuivi des travaux destinés à repousser l’apparition des phénomènes de combustions anormales, avec notamment l’évaluation de l’impact des températures locales des parois, de la variabilité cyclique de la combustion et de la nature du lubrifiant.

     Banc optique pour l'étude de la combustion des moteurs à allumage par compression.

Enfin, IFPEN a poursuivi ses travaux au sein du projet Essencyele financé par l’Ademe, visant à développer un moteur à essence à haut rendement associé à une chaîne de traction hybride à un coût abordable. Chargées de l’optimisation de ce moteur à essence, les équipes d’IFPEN ont notamment étudié en 2015 la façon d’augmenter son taux de compression tout en limitant les risques de combustion anormale. L’utilisation de calcul 3D a ainsi permis d’identifier les gains en rendement potentiels. Grâce à l’apport de technologies en rupture comme le cycle Atkinson, ces gains, testés sur monocylindre, ont atteint près de 10 % sur une large plage de fonctionnement.

 

Motorisations diesel

Le gazole reste le carburant de référence des véhicules industriels (off-road - engins agricoles et de chantier) et des poids lourds. Ce secteur connaît une évolution significative en raison du durcissement des normes antipollution Euro 6 puis Euro 7, très contraignantes, et US Tier 4 aux États-Unis.

Dans ce contexte, l’approche R&I d’IFPEN vise à améliorer le rendement des motorisations Diesel, tout en réduisant à la source leurs émissions.

Ses recherches concernent :

  • le cycle thermodynamique,
  • le système de combustion,
  • et la maîtrise des transitoires.

La combustion diffusive est une des voies explorées par IFPEN pour améliorer le rendement thermodynamique.
  
Des travaux sont également menés pour simplifier les systèmes de dépollution.

Dans le cadre des travaux du GSM, des gains en rendement, en émissions de polluants, en mise en action du post-traitement et en brio ont été obtenus. Ces résultats sont issus de l’exploitation originale d’une technologie de distribution variable permettant d’optimiser efficacement le système de combustion du moteur.

Par ailleurs, IFPEN poursuit les travaux engagés depuis plusieurs années sur la motorisation deux-temps, qui se révèle une voie technologique intéressante en termes de consommation, d’émissions de polluants et d’agrément d’utilisation. Un premier démonstrateur a été réalisé dans le cadre du projet européen Powerful, et IFPEN a désormais rejoint le projet européen Reward. Ce dernier vise à développer une nouvelle architecture de motorisation deux-temps Diesel destinée aux véhicules des segments C et supérieur.

Enfin, en qualité d’expert indépendant, IFPEN a été mandaté pour participer à la Commission d’enquête sur les émissions de NOx des véhicules Diesel, lancée par Ségolène Royal, ministre de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer, en octobre 2015. Dans ce cadre, IFPEN réalise des essais d’investigation complémentaires à ceux opérés par l’UTAC (Union technique de l’automobile, du motocycle et du cycle).

 

Systèmes de combustion en rupture

Au-delà des travaux menés sur les technologies moteurs conventionnelles, IFPEN s’est donné pour objectif d’atteindre des rendements très élevés, avec une cible de 50 %. L’un des axes actuellement étudié est celui de procédés de combustion en rupture, notamment à travers l’analyse de boosters de combustion sur les volets carburant et comburant, afin de permettre d’exploiter pleinement le potentiel des combustions en mélange très dilué.

Dans ce cadre, IFPEN participe au projet ANR Cicco, qui vise à étudier le potentiel de l’ozone comme comburant booster de combustion. En effet, l’ozone, grâce à son pouvoir oxydant, abaisse fortement la température d’auto-inflammation des carburants, y compris ceux possédant un faible indice de cétane. Au sein du projet, IFPEN est notamment en charge d‘évaluer numériquement et expérimentalement l’impact de l’ozone sur les modes de combustion avancés.

         IFPEN analyse le potentiel de l'ozone comme comburant booster de combustion.

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 + Développement industriel > Transports


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Chiffres clés

25 %
de la demande mondiale d’énergie concerne le transport.

3 à 4 x
Augmentation de la mobilité mondiale des voyageurs d’ici à 2050 (AIE).

x 2
Augmentation prévue du nombre de véhicules légers dans le monde d’ici à 2040.

70 %
Part de marché des moteurs à essence dans les motorisations automobiles en 2020.