Lourd optimisé

Aug 01, 2023

Une équipe de l'Empa - Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux et FPT Motorenforschung rapporte dans un article en libre accès dans la revue Fuel les caractéristiques de performance et d'émissions d'un moteur à allumage par compression robuste de 11 litres optimisé spécifiquement pour le DME. (éther diméthylique). Le moteur DME était basé sur un moteur de production en série FPT Cursor 11.

Efficacité thermique des freins du moteur DME. La carte BTE ressemble à ce à quoi on pourrait s'attendre pour un moteur à allumage par compression : meilleurs niveaux d'efficacité à vitesse de croisière et charge moyenne à élevée et une réduction de l'efficacité dans des conditions de charge inférieures. Au-dessus d'environ 6 à 7 bar bmep, le rendement du moteur est supérieur à 40 % et le rendement maximal est légèrement supérieur à 45 %. Cependant, le moteur d’essai ne disposait pas du package de réduction de friction le plus récent. Avec la conception la plus récente, on peut s'attendre à une augmentation du niveau d'efficacité d'environ 1 à 2 points de pourcentage. Soltic et coll.

Les modifications comprenaient une pompe à rampe commune haute pression adaptée au DME, des injecteurs adaptés ainsi qu'un système d'alimentation en carburant basse pression capable de délivrer du DME à 10 bars et de renvoyer les refoulements des injecteurs - ainsi que de la pompe à rampe commune - en conséquence. La pompe à rampe commune a été lubrifiée extérieurement par de l'huile moteur afin de pouvoir gérer le faible pouvoir lubrifiant du carburant.

Le moteur était également équipé d'une pompe volumétrique à entraînement électrique dans le chemin de recirculation des gaz d'échappement (EGR), qui donne la liberté de régler le taux EGR souhaité, indépendamment des rapports de pression à travers le turbocompresseur.

Système EGR composé d'un refroidisseur EGR, d'une pompe EGR à entraînement électrique et de la tuyauterie correspondante. Soltic et coll.

Les chercheurs ont également optimisé la géométrie de la chambre de combustion et le taux de compression (de 16,5 à 20,5) pour le DME.

Les résultats expérimentaux ont montré que le fonctionnement du DME conserve les performances du moteur diesel de base (puissance de pointe de 338 kW) tout en réduisant considérablement les émissions du moteur.

Configuration du moteur, monté sur banc d'essai. Soltic et coll.

Le compromis NOx-suie, typique des applications diesel, n'existe pratiquement plus, de sorte qu'un niveau de NOx souhaité peut être réglé sans les restrictions de combustion des suies. De plus, la combustion est très complète et de très faibles niveaux d'émissions de polluants réglementés et non réglementés peuvent être détectés (par exemple pour le monoxyde de carbone, le DME, le méthane, le benzène, le toluène, l'acétaldéhyde, le formaldéhyde, l'acide formique).

Le fonctionnement transitoire ne pose aucun problème et de très faibles émissions peuvent être obtenues en utilisant le même système de traitement des gaz d'échappement que pour le diesel. Les niveaux d'émissions totales d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone et de particules conformes à l'actuel Euro VI et peut-être même à la législation routière Euro VII proposée pourraient être respectés sans aucune épuration des gaz d'échappement.

Schéma du dispositif expérimental (non représenté : mesure de l'ammoniac post-ATS). Soltic et coll.

En termes d'émissions de CO2 à l'échappement, une réduction d'environ 11 % est possible par rapport à un moteur diesel.

La juste densité énergétique du DME, combinée aux nombreuses voies de production durable, au rendement de conversion élevé comparable à celui du diesel et à la possibilité de respecter des réglementations en matière d'émissions extrêmement strictes avec un effort technique relativement faible pour l'épuration des gaz d'échappement, font du DME un carburant très attractif pour un certain nombre d'applications à l'avenir.

Les auteurs recommandent donc que le DME soit sérieusement considéré comme un futur carburant durable pour le secteur des poids lourds sur route et hors route. Le DME possède le potentiel technique, économique et écologique pour compléter idéalement d’autres carburants durables tels que l’hydrogène, le méthanol, le méthane ou l’ammoniac.

Au cours des expériences décrites dans cet article, aucun problème n’a été constaté avec la pompe DME lubrifiée extérieurement. Cependant, une évaluation approfondie de la durabilité d’une telle pompe sur la durée de vie souhaitée doit être réalisée avant que cette technologie puisse être industrialisée.

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