Fin mai, la réunion finale du projet "Horizon 2020" "GasOn" avec la Commission européenne a eu lieu à Bruxelles. L'objectif de ce projet de l'UE était la poursuite du développement de moteurs à gaz pour voitures et camionnettes. Une vingtaine de partenaires ont participé, dont l'ETH Zurich et l'Empa ainsi que quatre constructeurs automobiles européens et fournisseurs renommés. Les véhicules à essence émettent généralement moins de polluants que les voitures à essence ou diesel. Ils sont susceptibles de gagner en importance à l'avenir en raison de leur possibilité d'être alimentés par des énergies renouvelables.

En plus des groupes motopropulseurs électriques et à hydrogène, Les moteurs à gaz jouent également un rôle important dans le Centre de compétence suisse pour la recherche énergétique dans le domaine de la mobilité (« SCCER Mobility ») dirigé par l'ETH Zurich. En effet, les véhicules alimentés au biogaz prétraité ou au méthane synthétique (« e-gaz ») ont une très faible teneur en CO 2 émissions. Le méthane synthétique est produit à partir d'un excès d'électricité renouvelable et de CO 2 . Le biogaz prétraité et le méthane synthétique peuvent être mélangés à volonté et, avec jusqu'à 130 octanes, ont une résistance au cliquetis nettement plus élevée que l'essence, ce qui en fait des carburants idéaux pour les moteurs à combustion interne. Pour les charges élevées, comme sur autoroute, les véhicules à essence atteignent déjà des rendements plus élevés que les moteurs à essence.

Cependant, l'efficacité pourrait encore être considérablement augmentée - en raison de la résistance élevée au cliquetis du méthane - car les moteurs à gaz d'aujourd'hui dans les voitures particulières ne sont généralement que des moteurs à essence légèrement adaptés, c'est-à-dire des concepts qui n'ont pas encore été optimisés pour un fonctionnement au méthane. Pour identifier ce potentiel inexploité, le projet européen « GasOn » a été lancé en 2015. Des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Empa ont également participé à ce projet dans le cadre d'un work package dirigé par Volkswagen Group Research.

Un moteur optimisé pour le gaz

Un processus de combustion très efficace a été mis en œuvre pour un moteur à gaz d'une cylindrée de deux litres :un mélange de gaz pauvre est enflammé au moyen d'un dé à coudre, préchambre à flux apaisé. Au laboratoire de l'ETH pour l'aérothermochimie et les systèmes de combustion, des expériences de base ont été réalisées dans des moteurs optiquement accessibles. Ceux-ci ont été utilisés pour étudier le comportement de l'allumage dans la préchambre et le débordement des rayons chauds dans la chambre de combustion principale. Sur la base de ces données, des outils numériques ont été développés afin de calculer les processus en détail à l'aide de simulations informatiques. Ces résultats ont permis à Volkswagen Group Research d'optimiser la conception de la préchambre et de la chambre de combustion principale. Les scientifiques de l'Empa ont installé un moteur en conséquence et étudié le processus de combustion. Un système de contrôle moteur développé par l'Institut pour les systèmes dynamiques et la technologie de contrôle de l'ETH Zurich a été utilisé, qui coordonne le système global complexe et permet en même temps de s'adapter aux nouvelles découvertes.

Résultat :Efficacité record pour les moteurs de voitures particulières

Par rapport à l'état de l'art, la consommation du nouveau moteur à gaz avec processus de combustion préchambre a été réduite de 20 % (convertie en consommation standard WLTP pour une voiture de tourisme intermédiaire). L'efficacité maximale dans la meilleure configuration de moteur était supérieure à 45 pour cent, avec des rendements de plus de 40 pour cent atteints sur une large plage de fonctionnement. De telles valeurs ne sont actuellement atteintes que par des moteurs nettement plus gros, tels que ceux utilisés dans les véhicules utilitaires, applications stationnaires ou marines. 45% est un nouveau record pour les moteurs de voitures particulières. A titre de comparaison, Les moteurs à essence ont généralement des rendements de 35 à 40 pour cent. Le projet GasOn n'a pas encore abordé le traitement des gaz d'échappement d'un tel moteur; des recherches supplémentaires sont encore nécessaires, en raison du processus de combustion pauvre.

Globalement, il a été démontré que les moteurs à gaz ont le potentiel d'atteindre des rendements similaires à ceux des moteurs diesel (beaucoup plus gros). En outre, ils peuvent fonctionner facilement avec n'importe quel mélange de méthane renouvelable biogénique ou synthétique et permettent ainsi d'obtenir un très faible taux de CO 2 émissions. Les constructeurs automobiles impliqués sont maintenant sur le point de savoir comment les résultats du projet GasOn peuvent être transférés aux véhicules de production.