Les chercheurs ont conçu une installation unique pour tester les pièces de moteur imprimées en 3D, pour aider à réduire les émissions de carbone dans le monde. Le nouveau Transient Air System Rig (TASR) a été conçu et construit par le Dr Aaron Costall et son équipe du département de génie mécanique de l'Imperial College de Londres.

Les chercheurs espèrent que cela aidera les fabricants de gros véhicules tout-terrain et de fret à réduire la quantité de dioxyde de carbone (CO2) qu'ils produisent.

La plate-forme utilise de l'air frais au lieu de gaz d'échappement chauds, Ainsi, les pièces en plastique imprimées en 3D ne fondront pas dans les conditions généralement chaudes des installations d'essai de moteur normales.

Cela signifie également que les fabricants peuvent imprimer en 3D uniquement les parties du moteur qui ont besoin d'être testées, au lieu de construire un moteur entier.

TASR sera utilisé pour concevoir et tester des composants de moteur pour de nouveaux véhicules lourds tout-terrain et de fret à faibles émissions, et les chercheurs pensent que cela contribuera à réduire les émissions de CO2 au Royaume-Uni et dans le monde.

Caroline Brogan a rencontré le Dr Costall pour discuter du nouveau système.

Quel problème essayez-vous de résoudre ?

Les transports produisent un quart des émissions mondiales de CO2, mais c'est aussi le secteur le plus difficile à décarboner.

Entre 1990 et 2010, les poids lourds ont contribué à l'augmentation de 36 pour cent des émissions de CO2 dans l'UE. Cela s'explique en grande partie par la demande croissante de fret routier, ainsi qu'un manque de progrès dans l'amélioration du rendement énergétique des moteurs :les émissions de CO2 sont directement liées à la quantité de carburant consommée.

Pourquoi cette plate-forme est-elle un pas dans la bonne direction pour les poids lourds ?

Pour réduire les émissions de CO2, nous devons améliorer l'efficacité du moteur. Nous pouvons le faire en ajustant « l'appareil respiratoire » du moteur, tout en récupérant le plus d'énergie possible des gaz d'échappement chauds.

Les parties du moteur qui contrôlent ces processus sont collectivement connues sous le nom de système d'air, et un composant essentiel de la plupart des systèmes d'air modernes est le turbocompresseur. Notre recherche examine les moyens d'améliorer les performances du système d'air et du turbocompresseur pour augmenter rapidement l'admission d'air, tout en récupérant l'énergie des gaz d'échappement.

Pour ce faire, nous essayons de comprendre comment les gaz d'échappement s'écoulent dans le système d'air et dans le turbocompresseur, en essayant de profiter des pulsations de pression, et fondamentalement, rendant aussi facile que possible pour le moteur de « respirer ». Ce faisant, nous réduisons la quantité de carburant nécessaire et la quantité de CO2 émise.

Comment fonctionne le gréement ?

Les moteurs sont complexes. Les processus impliquent un mélange d'air et de carburant, à des pressions et des températures en constante évolution. Dans le système d'air, le flux de gaz d'échappement est en fait pulsé à cause du mouvement des soupapes. Tout cela rend très difficile de prédire avec précision le comportement des moteurs.

Maintenant, nous avons TASR, qui nous permet de mesurer les performances du moteur dans des conditions contrôlées mais réalistes du moteur, pour presque toutes les tailles et tous les types de moteurs à combustion interne.

En imitant le flux d'impulsions du moteur, nous supprimons le besoin de brûler du carburant, ce qui nous permet d'étudier la dynamique des fluides sans les effets de confusion du transfert de chaleur dû aux gaz d'échappement chauds. Il n'y a aucune autre installation expérimentale au monde comme celle-ci !

TASR a été construit en utilisant le système de train de soupapes actif de Lotus dans le cadre du projet de système d'air de moteur haute performance, qui est une collaboration entre Imperial, Caterpillar Inc., et les systèmes de transport Honeywell.

Il est commandé dans le cadre du programme d'efficacité des véhicules lourds de l'Energy Technologies Institute (ETI).

Quelle est la prochaine étape pour le terrain ?

De nombreux défis liés aux émissions des véhicules peuvent être relevés grâce à l'électrification, tant que l'électricité est produite à partir de sources d'énergie à faible impact climatique, comme le gaz naturel et, de plus en plus, renouvelables comme le solaire et l'éolien.

C'est l'approche actuelle dans le secteur des véhicules de tourisme, mais la transition vers les véhicules électriques ne se fera pas du jour au lendemain :il y aura une transition progressive sur de nombreuses années, pendant laquelle la technologie actuelle, le moteur à combustion interne, continue d'émettre du CO2.

Par ailleurs, il est très difficile à électrifier, voire s'hybrider, de nombreux véhicules utilitaires lourds – les besoins en stockage d'énergie seraient immenses – c'est pourquoi les hydrocarbures liquides à haute densité énergétique restent prédominants. C'est encore plus un problème pour les machines tout-terrain, comme ceux utilisés dans la construction et l'exploitation minière, où le chantier peut être extrêmement éloigné d'une source d'électricité viable.

Tout cela signifie que l'industrie et le monde universitaire doivent continuer à travailler ensemble pour améliorer l'efficacité des moteurs, puisque même la plus petite augmentation réduira la quantité de CO2 qui sera émise dans notre atmosphère.