UTILISATION DE CARBURANT – À QUEL POINT POUVEZ-VOUS ALLER ?

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 Le moteur diesel est devenu une source d’énergie très efficace, mais jusqu’à quel point peut-il être développé ? Dans cet article, le Dr. Staffan Lundgren explique si l’humble moteur a un avenir et, dans l’affirmative, à quoi il ressemble.

Bien que développé au cours du siècle dernier pour devenir un groupe électrogène extrêmement économe en carburant, le moteur diesel est maintenant menacé comme jamais auparavant. Alors, quel est l’avenir du moteur diesel? M. Staffan Lundgren, conseiller principal en technologie pour le groupe motopropulseur du groupe Volvo, a posé des questions.

POURQUOI LE DIESEL EST-IL RESTÉ UNE SOURCE D’ÉNERGIE SI POPULAIRE ?

La combustion par diffusion – où la combustion est concentrée autour de l’allumage et l’oxygène est diffusé autour de la zone de combustion – est très efficace. Les pertes d’énergie aux parois du moteur sont minimes par rayonnement ou par convection, ce qui est bien inférieur à celui d’un moteur à essence. Le moteur diesel de base est très puissant et peut résister à de très hautes pressions.

QUELLE EST SON EFFICACITÉ ?

Il y a eu de grandes améliorations – passant d’une efficacité d’environ 35% dans les années 1980 à une efficacité de 50% aujourd’hui. Cela signifie que la moitié du carburant est actuellement utilisée pour des travaux mécaniques utiles. Pour référence – un moteur à essence est efficace à environ 35%. Ces gains proviennent des systèmes d’injection de carburant à rampe commune haute pression, de la turbocompression et de la mise en place d’une puissance de calcul permettant de contrôler avec précision les systèmes de gestion de la combustion et du post-traitement.

LA DEMANDE N ° 1 DES CLIENTS ÉCONOMES EN CARBURANT EST-ELLE EN AUGMENTATION ?

Certes, une bonne consommation de carburant est l’élément le plus important, mais les clients ont également besoin de bonnes performances et de la durabilité du moteur. Ensuite, il doit être durable et répondre aux exigences en matière d’émissions – et celles-ci sont parfois en concurrence les unes avec les autres.

LES MOTEURS DEVIENNENT-ILS ÉGALEMENT PLUS PUISSANTS ?

Il existe une tendance à la hausse: les clients déplacent des charges plus importantes et nécessitent une plus grande puissance. La plus grande production du groupe Volvo est maintenant de 1 000 ch. Mais comparé aux voitures de tourisme, toutes les applications lourdes sont encore (relativement) sous-puissantes.

LE MOTEUR DIESEL EST ACCUSÉ D’ÊTRE NUISIBLE À L’ENVIRONNEMENT. PEUT-IL NETTOYER SON ACTE ?

Rendre les moteurs diesel très propres est possible et c’est une chose sur laquelle l’industrie des véhicules lourds a progressé davantage que le secteur des véhicules légers. Cela s’explique en partie par le fait que l’efficacité demandée par les clients du secteur des véhicules utilitaires lourds est bien supérieure.

À QUEL POINT A-T-IL ÉTÉ DIFFICILE D’ACCROÎTRE L’EFFICACITÉ TOUT EN RÉDUISANT LES ÉMISSIONS ?

Il a été difficile d’affiner le processus thermodynamique pour compenser le fardeau d’avoir ajouté le système de post-traitement SCR. Mais nous sommes maintenant sur la bonne voie pour accroître l’efficacité progressivement.

JUSQU’OÙ POUVEZ-VOUS ALLER – ZÉRO ÉMISSION ?

Cela dépend de ce que vous entendez par émissions. Si vous propulsez le moteur avec un carburant sans carbone et que vous le couplez à un processus de combustion efficace ne générant pas de suie, aucune émission n’est possible. Nous travaillons sur l’utilisation du méthane et du DME (diméthyléther) comme alternative propre au diesel. Ce n’est pas une idée nouvelle, en 1900, le moteur diesel fonctionnait à l’huile d’arachide. Le problème ne vient pas de la technologie permettant de faire fonctionner les carburants propres, mais plutôt de leur disponibilité. Mais si le problème de l’approvisionnement en carburants renouvelables peut être résolu, il est alors possible que les moteurs diesel fonctionnent à 100% sans CO2.

LES CARBURANTS PROPRES NE POSENT-ILS PAS NON PLUS DES PROBLÈMES ENVIRONNEMENTAUX ?

La production de biocarburants ne devrait pas concurrencer la production alimentaire – mais il existe d’autres combustibles où ce n’est pas un problème. Les électro-carburants (E-carburants) utilisent l’énergie solaire ou éolienne pour «craquer» l’eau et la combiner avec le CO2 provenant du méthane. Ces combustibles présentent un rendement assez élevé – jusqu’à 80% revendiqué. Cela pourrait être un complément intéressant à l’électrification.

COMMENT DIFFÉRENTS CARBURANTS AFFECTENT-ILS LA COMBUSTION ?

Du point de vue de l’efficacité, le moteur ne se soucie pas de savoir si la molécule de carburant provient d’un fossile ou d’une source renouvelable. Donc, avec l’investissement dans le bon type de carburants renouvelables, la transition vers les énergies renouvelables devrait être simple.

ALORS, COMMENT POUVONS-NOUS RÉDUIRE DAVANTAGE LA CONSOMMATION DE CARBURANT ?

La prochaine étape importante dans l’augmentation de l’efficacité du moteur / la réduction de la consommation de carburant réside dans sa combinaison avec l’électromobilité. La demande en moteurs à l’avenir ne sera pas aussi variée qu’aujourd’hui. Il y a une différence entre l’efficacité d’un moteur à son «emplacement idéal» et son efficacité sur toute la plage de fonctionnement du monde réel. La combinaison de moteurs avec des moteurs électriques, comme dans les systèmes hybrides parallèles, permet au moteur de fonctionner à son niveau le plus efficace. L’électrification fera sans aucun doute partie de la future solution de transmission par combustion.

D’AUTRES TECHNOLOGIES PEUVENT-ELLES AIDER À RÉDUIRE LES FACTURES DE CARBURANT ?

Des exemples sont la technologie stop / start et les systèmes électriques 48V qui alimentent les auxiliaires de manière électrique plutôt que mécanique. Ceux-ci peuvent tous avoir des utilisations futures dans les applications lourdes, une fois leur robustesse démontrée. Mais une autre source importante d’efficacité accrue est la récupération de chaleur. Ce n’est pas une tâche aisée pour les moteurs de poids lourds, car ils utilisent des échappements relativement froids, mais l’espoir de les capturer et de les rendre commercialement viables est toujours envisageable.

QUELLE EST L’EFFICACITÉ MAXIMALE QU’UN MOTEUR PEUT ATTEINDRE ?

Le moteur diesel a un rendement théorique du système compris entre 55 et 60%. À titre de référence, les meilleures centrales fonctionnent à une efficacité de 50 à 55% et les piles à combustible ont également une efficacité de plus de 50% – de sorte que les moteurs diesel peuvent être incroyablement efficaces. Ceci, ajouté au fait que les moteurs fonctionnant avec l’électrification auront souvent une demande en énergie plus faible, signifiera que l’utilisation de carburant va diminuer dans le futur.

COMBIEN DE TEMPS LE MOTEUR DIESEL PEUT-IL SURVIVRE ?

Le moteur à combustion diesel reste une solution très rentable pour la création d’énergie mécanique. Cela dit, la législation, en particulier en Europe, pousse fortement vers l’électrification, ce qui peut avoir une incidence directe sur la longévité du moteur à combustion. Nous pensons que son utilisation sera basée sur les applications et qu’elle se poursuivra encore longtemps dans les utilisations longue distance, telles que les navires transocéaniques et les camions long-courriers. Mais même ici, il y aura probablement un mélange de technologies utilisées.

LE DIESEL FAIT-IL PARTIE DE L’AVENIR ?

Le moteur diesel – sous une forme modifiée – peut être très propre et efficace. Il joue également bien avec l’électrification. En tant que fabricant, nous devons trouver la meilleure solution, en fonction des décisions prises par la société. Quoi qu’ils soient, nous devons être préparés.

Note de la rédaction: Dr. Staffan Lundgren est l’un des principaux stratèges du groupe Volvo, spécialisé dans l’évaluation des nouvelles technologies pour l’avenir de la propulsion.

Image 1: L’efficacité énergétique est une préoccupation essentielle des propriétaires de machines de construction.
Image 2: Un moteur Volvo issu d’un transporteur articulé A30G

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