En ce qui concerne les moteurs de voitures et de camions, peu de choses ont changé depuis que Nikolaus Otto a inventé le moteur à combustion interne moderne en 1876. Mais le moteur à combustion interne pourrait, au moins théoriquement, être dans un grand changement.

Des chercheurs du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l'énergie (DOE) ont reçu un brevet du Bureau américain des brevets et des marques pour une nouvelle conception qui pourrait augmenter l'efficacité et réduire les émissions toxiques des moteurs à combustion interne à essence qui alimentent des millions de voitures et de camions dans le monde. La conception théorique expose des méthodes pour faire tourner rapidement le gaz à l'intérieur des cylindres à combustion interne que les moteurs utilisent pour propulser les véhicules.

Oxydes d'azote toxiques

"L'idée est d'obtenir la puissance nette des moteurs fonctionnant à une température plus basse qu'on ne le pensait autrement possible et de réduire ainsi les émissions d'oxydes d'azote toxiques, " a déclaré Nat Fisch, physicien du PPPL, Professeur de Princeton en sciences astrophysiques, co-développeur de la méthode brevetée. Le développeur principal est le physicien Vasily Geyko, qui a travaillé sur le projet en tant qu'étudiant diplômé du programme Princeton en physique des plasmas à PPPL, que Fisch dirige.

Le brevet, que Fisch et Geyko ont demandé initialement en 2014, est né des recherches que les physiciens menaient sur la rotation et la compression rapides du plasma - le soupe chargée d'électrons et de noyaux atomiques plutôt que d'essence. Au cours de l'étude, soutenu par la National Nuclear Security Administration (NNSA) du DOE et la Defense Threat Reduction Agency des États-Unis, les chercheurs ont découvert que la rotation rapide d'un gaz neutre pouvait produire des conditions bénéfiques pour les moteurs à essence.

Capacité calorifique supérieure

Cependant, Geyko et Fisch ont découvert que la capacité calorifique d'un gaz de filage idéal, sa capacité à absorber de l'énergie en se chauffant, est supérieur à celui d'un stationnaire. Les scientifiques ont alors réalisé qu'un gaz tournant à peu près à la vitesse du son, lorsqu'il est utilisé dans un cycle thermodynamique, pourrait permettre aux moteurs de fonctionner à une température plus basse plus efficacement que les moteurs à combustion interne conventionnels.

Comme Geyko le souligne, "utilisé pour les cycles Otto ou Diesel, " qui alimentent les moteurs essence ou diesel, l'effet de la capacité calorifique augmente l'efficacité thermodynamique pour des températures de fonctionnement maximales et minimales fixes. De plus, le gain d'efficacité relative est d'autant plus important que les températures de fonctionnement maximales diminuent. Cela rend l'invention particulièrement intéressante pour une utilisation dans des moteurs à très basse température."

Le gaz en rotation modifie également la conception standard du moteur à combustion interne. "L'invention comprend un moteur à huit temps, plutôt qu'un moteur à quatre temps, afin de faire tourner le gaz aux bons moments du cycle, " dit Fisch. " Cela complique le moteur bien sûr. Et un moteur conventionnel sera plus efficace à des températures conventionnelles.

Efficacité plus élevée

"Mais à des températures très basses, où les moteurs conventionnels fonctionnent avec un rendement très faible, l'émission d'oxydes d'azote toxiques provenant de la combustion d'essence sera nettement moindre. A ces températures, notre invention pourrait être mise en pratique avec avantage, avec une efficacité et une économie de carburant plus élevées, avec des avantages correspondants pour la santé publique grâce à l'amélioration de la qualité de l'air grâce à la réduction des émissions d'oxydes d'azote."

Pour l'instant, les découvertes brevetées restent théoriques. Mais, par exemple, si le Congrès devait légiférer sur une réduction nationale de l'oxyde d'azote, les possibilités théoriques pourraient devenir très intéressantes à développer, dit Fisch. "En principe, " a ajouté Geyko, "même une réduction modérée des températures de combustion autorisées, à environ dire 1, 300-1, 800 degrés Celsius d'environ 2, 500 degrés Celsius, serait suffisant pour obtenir un avantage d'efficacité relatif pour un moteur à essence tournant de 5 à 10 % par rapport à un moteur à cycle Otto conventionnel. »