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Moteur à combustion interne depuis plus d'un siècle. Les sceptiques pensaient déjà il y a vingt ans que les créations de Nikolaus Otto et Rudolf Diesel avaient atteint un sommet de développement. Mais il est trop tôt pour que les unités essence et diesel démissionnent. Après tout, le moteur alternatif a beaucoup changé: des technologies sans précédent ont été mises au point, des matériaux plus durables et plus légers sont apparus. Les soupapes et les rotors des turbocompresseurs en céramique ne sont plus surprenants. Il est trop tôt pour parler de la diffusion plus large de ce matériel. La principale activité des concepteurs de moteurs consiste à améliorer la formation de mélanges et à réduire les pertes inévitables.
Essayons, à partir de développements en série modernes et prometteurs, d’envisager l’avenir d’ICE.
INJECTION DE CARBURANT
L'ère du carburateur est révolue depuis longtemps, et l'injection électronique d'un modèle traditionnel n'a plus à vivre. Il est tentant de fournir de l’essence, non pas au collecteur d’admission, mais directement à la chambre de combustion, comme dans les moteurs diesel.
Les premiers à réussir sont les Japonais, qui ont testé les moteurs GDI (injection directe d'essence) sur le modèle Mitsubishi Karisma. À faibles charges, le moteur fonctionne avec des mélanges très pauvres. Il est difficile de mettre le feu, donc le carburant est injecté à la fin de la course de compression et des pistons aux formes astucieuses dirigent le mélange directement vers les électrodes de la bougie. La formation dite du mélange couche par couche a lieu dans la chambre de combustion. Aux charges moyennes et élevées, le carburant est fourni deux fois: pendant la course du piston, en fin de course, et à la fin de la course de compression.
Une économie d'essence de 10 à 15% sur les moteurs à injection directe de braquage par rapport aux moteurs à injection conventionnels est particulièrement perceptible dans les modes lorsque l'unité fonctionne à un tiers de la force. Le mélange enrichi est envoyé directement aux électrodes de la bougie d’allumage et l’air pur se trouve à proximité des parois du cylindre. Mais il n'y a pas de gâteaux libres - lors de la combustion, la température augmente fortement, entraînant la quantité d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz d'échappement. Nous devons mettre un neutralisant coûteux dans le système d'échappement, qui transforme les oxydes nocifs en azote et en oxygène inoffensifs. De plus, le moteur à injection directe nécessite du carburant contenant une quantité minimale de soufre. L'essence ordinaire désactive rapidement le système de neutralisation.
Certaines entreprises ont déjà mis au point des moteurs à injection directe, capables de digérer l’essence ordinaire. Les systèmes de contrôle garantissent que, dans tous les modes, le mélange est homogène. Par conséquent, un convertisseur à trois composants peut gérer uniquement les oxydes d'azote. Cependant, vous devez payer pour cela avec une consommation de carburant légèrement supérieure à celle des moteurs GDI. Mais les propriétaires de la BMW Série 7 ou de la nouvelle Porsche Carrera, qui doit paraître dans un an, peuvent s’y résoudre.
L’amélioration des équipements à carburant est l’un des domaines les plus prometteurs pour les concepteurs de moteurs diesel. Dans un proche avenir, les pompes à haute pression, même à commande électronique, céderont de plus en plus le pas aux buses de pompe. Après tout, la pression de fonctionnement de la pompe à injection est beaucoup plus basse. Mais les buses de pompe ont aussi des inconvénients. Même sous contrôle électronique, ils ne peuvent injecter de carburant à aucun moment, contrairement au système à rampe commune. Mais la pression dans la rampe est inférieure à celle de la buse de la pompe. Par conséquent, dans un proche avenir, les deux modèles seront utilisés.
ATTENTION, AIR!
Une façon d'augmenter le couple et la puissance consiste à modifier la pression d'air à l'entrée. De nombreuses entreprises fabriquent déjà des variétés d'admission à géométrie variable. Aux vitesses minimales, l'air pénètre dans la chambre de combustion par un long trajet, à des vitesses plus élevées, une courte conduite s'ouvre.
À court terme, la longueur des canaux d'admission changera non pas par étapes, mais en douceur. Par exemple, cette conception fonctionne déjà sur les moteurs BMW. Le tambour électrique rotatif à la seconde peut augmenter le trajet d'air de 231 à 673 mm. Un canal long fonctionne jusqu'à 3500 tr / min et raccourcit avec une augmentation de la vitesse.
En outre, les responsables bavarois suggèrent de modifier la hauteur de la vanne en fonction du mode de fonctionnement du moteur. "Valvtronic" (Valvetronic) s'est déjà inscrit sur des moteurs de production. Un arbre excentrique supplémentaire commande les leviers limitant la course des soupapes d'admission. Un étranglement qui crée une résistance supplémentaire à l'air n'est plus nécessaire. Certes, ils ne l'ont pas encore complètement abandonné - cela fonctionne pendant le chauffage et en mode d'urgence. Les fabricants affirment qu’à faibles et moyennes charges, Velvtronic économise environ 10% du carburant. D'autres entreprises utilisent déjà des modèles similaires.
Un autre moyen de contrôler l'air entrant dans les cylindres consiste à décaler la distribution des soupapes. En tournant l'arbre à cames, vous pouvez modifier le moment d'ouverture et de fermeture des soupapes. Cela améliore le remplissage des cylindres et par conséquent, la puissance et le couple augmentent, la consommation de carburant est réduite et la quantité de substances nocives dans les gaz d'échappement est réduite.
De nombreuses entreprises proposent des options pour ces conceptions, certaines ont déjà pris racine sur des moteurs de production. À propos, la conception nationale d'origine a été testée pour les moteurs VAZ (ЗР, 1999, n ° 2) et, éventuellement, apparaîtra sur des modèles prometteurs.
OTTO ET DIESEL DANS UNE ENTREPRISE DE VOLTAN
Dans les armoires de moteurs de BMW, un moteur avec un actionneur à soupape électromagnétique est déjà à l'essai. Au lieu des cames d'arbre à cames, les solénoïdes vont ouvrir et fermer les vannes, naturellement, sous le contrôle vigilant de l'électronique. Le programme de contrôle, en fonction de la vitesse, de la charge, de la température, au bon moment, ouvrira et fermera la vanne.
Dans ce moteur, une autre nouveauté est également cachée, qui promet bientôt de devenir masse. Les spécialistes ont combiné le démarreur et l'alternateur et ont placé l'appareil directement sur le volant. La nouvelle conception (des solutions similaires étaient d'ailleurs déjà utilisées avant la guerre, notamment sur le DKV allemand) permet de gagner un espace précieux sous le capot. De plus, les courroies d'entraînement et les engrenages ne sont pas nécessaires.
À l'avenir, les concepteurs libéreront le moteur de certaines unités montées. Tout d'abord, les pompes mécaniques disparaîtront, soustrayant les forces précieuses du moteur. Premier-né - les pompes de direction assistée électrique qui fonctionnent déjà sur de nombreuses voitures. Le jour n'est pas loin où la pompe électrique du système de refroidissement à performances variables prendra sa place, ce qui lui permettra de résister plus précisément à la température de consigne.
Le développement des systèmes électroniques freine la norme actuelle de 12 volts. Pour mettre en marche de nombreux entraînements électriques et pompes électriques, il faut beaucoup de puissance, il est donc nécessaire de multiplier par trois la tension de bord. Dans un proche avenir, la transition vers une nouvelle norme commencera et, au début de la prochaine décennie, la plupart des voitures seront déjà à «haute tension».
CONSTANTES VARIABLES
Tout au long de l'histoire de la construction de moteurs, un paramètre aussi important que le degré de compression a été attribué au moteur à la naissance. Cependant, il y a quelques années, SAAB a présenté au monde un moteur avec une tête de bloc mobile et, par conséquent, un taux de compression variable (ЗР, 2000, n ° 5). Pour augmenter l'efficacité, il a été augmenté à la puissance maximale et réduit en charge partielle. La conception n'a pas encore reçu une large distribution, tout d'abord, en raison de problèmes technologiques et de son coût élevé. Cependant, l'idée continue d'exciter les esprits des ingénieurs.
Le schéma original est testé par Mercedes. La tête et le bloc sont immobiles et le taux de compression change en raison du «déplacement» des points morts (ZR, 2002, n ° 3). Les spécialistes se préparent à changer une autre constante: le volume de travail. Il ne s’agit pas d’éteindre les cylindres, mais de modifier la géométrie. Mais il est trop tôt pour en parler.
ATTAQUE AU GAZ
Dans un souci d'écologie et d'économie, les fabricants expérimentent le gaz combustible. Le propane-butane, bien connu de nombreux conducteurs, a peu de perspectives, car il est obtenu par distillation du pétrole, dont les réserves ne sont pas illimitées. Les alternatives sont le méthane et l'hydrogène.
Mais, contrairement au propane-butane, les gaz plus légers ne fournissent pas une large gamme. Un réservoir de carburant ne suffit que pour quelques centaines de kilomètres. Pour augmenter le kilométrage, ils suggèrent d'utiliser du gaz non comprimé, mais liquéfié. Le problème principal est qu’il n’est pas stocké longtemps. Dans une semaine, le contenu du conteneur sera réduit de moitié.
Les constructeurs proposent un compromis sous la forme de véhicules bicarburant fonctionnant, en plus de l'essence, au méthane ou à l'hydrogène comprimé. Des injecteurs de gaz sont installés dans le collecteur d'admission à proximité de ceux à essence, et le système de contrôle est chargé de surveiller l'alimentation en gaz. De nombreuses entreprises, y compris des entreprises nationales, traitent ce sujet (ЗР, 2001, n ° 2). Cependant, étant donné les problèmes qui se posent, le méthane ou l'hydrogène ne remplacera probablement pas l'essence et le carburant diesel dans un avenir proche. Ainsi, l'idée originale d'Otto et de Diesel s'est améliorée tout en maintenant leur position.
Il est vrai que, selon les prévisions, les réserves de pétrole dureront encore cinquante ans, à moins, bien sûr, de trouver de nouveaux gisements quelque part sur la Lune ou sur Mars. Dans les moteurs à combustion interne, des concurrents méritants devraient encore apparaître. Pour commencer - des centrales hybrides qui entrent déjà dans la vie, plus économiques. Ce sont probablement eux qui vont bientôt remplacer le moteur à piston "solitaire". Cependant, les hybrides sont un sujet de discussion supplémentaire, nous y reviendrons dans les prochains numéros.
Moteur à essence 1, 4 FSI 16V (injection d'injection stratifiée) avec puissance d'injection directe de 63 kW / 86 litres. avec accélère la Volkswagen Polo à 178 km / h, brûlant en moyenne environ 5 l / 100 km.
Le système de neutralisation des gaz nocifs pour les moteurs diesel modernes: 1 - convertisseur oxydant; 2 - une sonde lambda; 3 - unité de contrôle; 4 - capteurs de température; 5 - capteur de changement de pression; 6 - capteur de suie; 7 - filtre de particules solides; Sonde lambda ou capteur de NOx; 9 - un convertisseur d'oxydes d'azote.
Les processus de travail dans la chambre de combustion à injection directe: a et b sont déjà appliqués aux moteurs de série; c - un développement prometteur avec une disposition différente des buses et des bougies.
Moteur BMW prometteur à injection directe, générateur de démarrage et entraînement de soupape électromécanique.