Longue durée de vie au moteur à combustion interne. Il est ironique que la « fin annoncée » du moteur à combustion interne due à l'électrification galopante, n'ait pas empêché de voir de grandes avancées ces dernières années : taux de compression variable (Nissan), allumage par compression dans les moteurs à essence ( Mazda) et maintenant, Koenigsegg mettra en production (bien que très limitée) le premier moteur à cycle Otto (4 temps) sans arbre à cames.
C'est sur cette voie de l'innovation qu'émerge également le 1S ICE d'INNengine, qui promet d'aller encore plus loin.
Un moteur petit mais révolutionnaire, avec des solutions d'ingénierie très intéressantes à l'intérieur. Rencontrons-nous ?
Qu'est-ce que 1S ICE ?
Le 1S ICE d'INNengine est un moteur très compact en taille et en capacité, pesant seulement 500 cm3 et pesant seulement 43 kg - son créateur, Juan Garrido, dit qu'il travaille déjà sur une évolution de cette unité pesant seulement 35 kg (!).Son faible poids et son volume sont deux des principaux avantages qu'annoncent les responsables d'INNengine par rapport aux moteurs à combustion interne classiques (4 temps) :
- Jusqu'à 70 % de réduction du volume total ;
- Jusqu'à 75 % de réduction de poids ;
- Jusqu'à 70 % de composants en moins ;
- Et jusqu'à 75 % de cylindrée en moins, mais avec la même densité de puissance qu'un moteur conventionnel 4x plus gros. Par exemple, le 500 cm3 1S ICE atteint la même puissance qu'un moteur 4 temps de 2000 cm3.
On voit aussi que, malgré la petite taille cubique, le 1S ICE a quatre cylindres et… huit pistons — ce n'est pas une erreur, il s'agit en fait de huit pistons… Autrement dit, c'est deux pistons par cylindre, ce qui dans ce cas veut dire qu'on est en présence d'un moteur à pistons opposés. J'ai écrit des pistons opposés et non les cylindres opposés plus communément connus. Quelle est la différence?
Les pistons opposés sont plus vieux que vous ne le pensez
Les moteurs à pistons opposés ne sont pas les mêmes que les moteurs à cylindres opposés comme ceux que nous connaissons chez Porsche et Subaru. Quelle est la différence? Dans les moteurs à pistons opposés, nous avons deux pistons par cylindre, travaillant l'un en face de l'autre, la chambre de combustion étant partagée par les deux.
Il n'est cependant pas nouveau en ce qui concerne les moteurs à combustion interne, bien qu'il s'agisse d'une solution technique inhabituelle.
En effet, le premier moteur à pistons opposés date de 1882, conçu par James Atkinson (le même Atkinson qui a donné son nom au cycle de combustion éponyme que l'on retrouve surtout dans les véhicules hybrides, en raison de son plus grand rendement).
Le principal avantage de cet agencement réside dans une plus grande efficacité, car il n'y a plus de culasse et d'arbres à cames - les moteurs à pistons opposés sont à 2 temps - réduisant le poids, la complexité, les pertes de chaleur et de friction et le coût.
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Cependant, dans la pratique, comme les deux pistons d'un même cylindre doivent travailler de manière coordonnée, ils doivent être physiquement reliés entre eux, ce qui oblige à remplacer une partie de la complexité et du poids perdus.
Les moteurs à pistons opposés ont surtout été utilisés dans les grands transports, tels que les navires, les véhicules militaires ou même comme générateurs efficaces. Dans le monde automobile, ils sont beaucoup plus rares. Aujourd'hui, peut-être le moteur à pistons opposés le plus proche pour équiper une voiture (ou au mieux un véhicule utilitaire) est celui d'Achates Power. Vous avez une courte vidéo qui vous permet de comprendre comment cela fonctionne :
Pistons opposés 2.0 : adieu vilebrequin
Quelle est la différence entre le 1S ICE de INNEngine et ce moteur à cylindres opposés d'Achates ? Comme on peut le voir dans le film ci-dessus, pour contrôler le mouvement de tous les pistons dans les cylindres, nous avons deux vilebrequins reliés entre eux par un système d'engrenage. Le 1S ICE se passe simplement des vilebrequins, et avec eux les bielles et tous les engrenages associés disparaissent de la scène.
En réduisant ainsi de manière significative le nombre de composants nécessaires au fonctionnement de son moteur, INNengine a ainsi atteint les réductions de volume et de masse susmentionnées, et une augmentation potentielle de l'efficacité.
A la place des vilebrequins on retrouve deux pièces (une sorte de disque qui s'emboîte sur l'arbre moteur), une à chaque extrémité du moteur, avec une de ses surfaces ondulées méticuleusement calculées. Ce sont eux qui permettent de parfaitement coordonner le mouvement des huit pistons (qui se déplacent désormais dans un axe parallèle à l'axe moteur).
Voyez-les en fonctionnement :
Cela semble absurdement simple, n'est-ce pas? Grâce à la disposition équidistante et concentrique de toutes les (quelques) pièces mobiles et au mouvement des pistons dans l'axe de l'arbre principal, l'équilibre de ce moteur est pratiquement parfait.
L'absence de vibrations est telle que, lorsqu'ils ont montré un film d'un prototype de moteur sur un banc d'essai, il a été accusé d'être faux, car il n'était pas visible à l'œil nu que le moteur tournait…
Dans cette courte vidéo, nous pouvons également voir d'autres fonctionnalités du 1S ICE, comme la possibilité d'avancer légèrement le positionnement de l'un des "vilebrequins". Une possibilité qui permet une répartition variable, non pas des soupapes (ils n'en ont pas), mais des orifices (admission et échappement) qui prennent leur place. Et il permet également un taux de compression dynamiquement variable, en le modifiant selon les besoins, comme avec le moteur Nissan.
L'objectif de ces options, comme vous pouvez le trouver dans certains des moteurs à 4 temps qui équipent nos voitures, est d'obtenir une efficacité et des performances accrues. Dans le cas du 1S ICE, il permet la flexibilité que les moteurs 2 temps - comme ceux à pistons opposés - ne permettent pas, ceux-ci étant à paramètres fixes.
Et cela nous amène à une autre innovation du 1S ICE, le fait qu'il s'agisse d'un moteur 1 temps, une caractéristique si importante qu'elle fait partie de son nom : 1 Temps ou 1 Temps.
1 seule fois ?! Également?
On connaît le terme de moteur 4 temps (celui qui équipe nos voitures d'un moteur à combustion interne), ainsi que le moteur 2 temps (ceux-ci sont plus souvent associés aux motos). Cependant, INNengine dit que son moteur est à 1 temps, ce qui signifie :
- 4 temps : une explosion pour deux tours de vilebrequin ;
- 2 temps : une explosion à chaque tour de vilebrequin ;
- 1 fois : deux explosions à chaque tour de vilebrequin.
Autrement dit, bien que le principe de fonctionnement du 1S ICE soit similaire à celui des moteurs 2 temps, il gère cependant deux fois les explosions à chaque rotation du vilebrequin, et quadruple ce que l'on peut réaliser dans un moteur 4 temps. Dans le même temps, cette nouvelle architecture réalise tout cela avec moins de composants.
C'est l'un des « secrets » tant pour son efficacité promise que pour ses performances spécifiques : selon INNengine, son petit 500 cm3 est capable de présenter des chiffres équivalents à un moteur 4 temps de 2000 cm3.
Les chiffres… possibles
Nous sommes encore au stade du développement, il n'y a donc pas de chiffres définitifs. Mais dans les vidéos où Juan Garrido semble tout expliquer sur son moteur (nous laisserons une vidéo à la fin de l'article), il y a un numéro qui ressort : 155 Nm à 800 tr/min ! Un chiffre impressionnant et juste à titre de comparaison, nous avons des valeurs de couple similaires atteintes par le petit millier de turbos de notre marché, mais atteint 1000 tr/min plus tard et… ils sont suralimentés.Chiffres liés aux consommations/émissions, il faudra attendre plus longtemps, ce qui nous amène à la question fondamentale :
Viendra-t-il équiper une voiture ?
Peut-être, mais pas comme vous le pensez. Bien qu'ils soient en train de convertir une Mazda MX-5 (NB) pour servir de prototype d'essai pour ce moteur, l'objectif et l'orientation de son développement sont principalement de servir de prolongateur d'autonomie pour les véhicules électriques.
Le fait qu'il soit si compact, léger, efficace et qu'il produise un nombre aussi élevé à des régimes aussi bas - l'objectif de ce prolongateur d'autonomie est de produire 30 kW (41 ch) à 2500 tr/min - peut en faire le prolongateur d'autonomie parfait. Moins de coût (pas besoin d'une batterie aussi grosse), moins de pollution (moteur à combustion plus efficace) et un raffinement embarqué élevé (absence de vibrations).
Cependant, d'autres applications sont à venir pour ce moteur, avec INNengine développant un moteur pour la compétition, et l'aviation (légère) a déjà montré un grand intérêt pour ce moteur.
Monde réel
A l'image du moteur Achates Power, le potentiel de l'INNengine 1S ICE est indéniable. Pour le voir vraiment, un soutien financier énorme est nécessaire, et bien que les deux sociétés aient le soutien de Saudi Aramco (le géant pétrolier saoudien), l'idéal serait d'avoir le soutien d'un ou plusieurs constructeurs automobiles.
Si Achates Power l'a déjà atteint grâce en partie au soutien de Cummins (fabricant de moteurs) et de l'ARPA-E (agence gouvernementale américaine pour les projets avancés liés à l'énergie), INNengine ne l'a pas encore trouvé.
Il y a 10 ans de développement, il y a déjà des prototypes de moteurs sur bancs d'essais. L'intérêt généré ne peut qu'augmenter — même en raison des promesses de ce booster —, mais même ainsi, il n'est pas garanti d'aboutir à une conclusion heureuse. Cela est dû au contexte actuel, où l'industrie automobile se focalise de force, uniquement et uniquement, sur l'électrification. Il sera difficile pour un constructeur de diversifier son investissement dans un tout nouveau moteur à combustion interne, et au-delà où il y a tant de nouveauté.
Il n'est pas étonnant que INNengine se concentre sur le développement du 1S ICE en tant que prolongateur d'autonomie - cela semble être la seule chance qu'il puisse s'imposer dans un proche avenir et susciter l'intérêt de l'industrie automobile.
L'importance du moteur à combustion interne à l'avenir est pertinente non seulement pour l'automobile, mais pour tous les types de véhicules qu'elle utilise, qu'ils soient terrestres, maritimes ou aériens. Les chiffres sont clairs et écrasants.
Environ 200 millions de moteurs à combustion interne sont produits chaque année (environ 90 millions appartiennent à des voitures), il n'est donc pas prévu qu'ils disparaissent tout simplement à court/moyen terme maintenant que nous avons « découvert » l'électricité.
Il est essentiel de continuer à investir dans leur évolution, car ils font aussi partie de la solution.
Pour ceux qui veulent en savoir plus sur ce moteur à combustion interne, je vous laisse une vidéo (en espagnol, mais sous-titrée en anglais) de Juan Francisco Calero, journaliste, qui a eu l'occasion de visiter les installations d'INNengine et de s'entretenir avec Juan Garrido, d'INNengine :