Inventé il y a plus d’un siècle, le moteur à pistons opposés a été principalement utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale pour propulser les sous-marins et les porte-avions en raison de son rendement énergétique exceptionnel. Malgré ses avantages, ce moteur ne s’est jamais imposé à grande échelle en raison du durcissement des normes d’émissions.
Le laboratoire national Argonne du ministère américain de l’énergie s’est associé à Achates Power pour mettre au point un moteur à hydrogène destiné aux véhicules utilitaires longue distance et utilisant la conception d’un moteur à allumage par compression à deux temps et à pistons opposés. L’équipe a récemment commencé à tester le moteur à hydrogène dans le cadre d’une démonstration innovante qui a donné des résultats prometteurs.
“Pour la première fois à Argonne, nous avons démontré que le moteur à pistons opposés peut fonctionner à l’hydrogène et produire de l’énergie”, a déclaré M. El-Hannouny. “Nous n’en sommes qu’aux premiers stades, mais les essais nous fournissent les données dont nous avons besoin pour modifier le mode de combustion ou d’autres parties du moteur afin d’en améliorer les performances.
L’hydrogène est un carburant polyvalent qui peut être produit à partir de ressources à faible teneur en carbone ou sans carbone, ce qui en fait une option écologique. Argonne est depuis des années à la pointe de la recherche et de la technologie en matière d’hydrogène. Ses installations de recherche comprennent une plate-forme de moteur monocylindre à pistons opposés avec une chambre de combustion nouvellement conçue et optimisée pour la recherche sur les moteurs de poids moyen et lourd. Elles sont de premier ordre et comprennent un système de livraison et de stockage de l’hydrogène.
“En nous associant à Argonne, nous pouvons explorer certains des concepts de combustion développés à Achates. Nous pouvons procéder à des améliorations sur la base des données générées au cours des essais. Notre objectif est de développer un moteur à piston opposé à combustion d’hydrogène efficace et rentable qui pourrait transformer l’industrie des transports”, a déclaré M. Fromm.
“Il ne s’agit pas d’une idée totalement nouvelle. Mais des technologies récentes comme les commandes électroniques, l’injection électronique de carburant et les capteurs qui fournissent des informations critiques peuvent être appliquées pour faire progresser les moteurs à pistons opposés d’aujourd’hui”, a déclaré Douglas Longman, directeur du groupe Argonne, Recherche sur les systèmes d’alimentation avancés. “Le moteur à pistons opposés présente un énorme potentiel de décarbonisation en fonctionnant à l’hydrogène.
En ce qui concerne la combustion de l’hydrogène, le moteur avancé à pistons opposés présente de nombreux avantages par rapport aux moteurs conventionnels. L’un des avantages les plus notables est la simplicité de sa conception. L’architecture unique des pistons d’Achates Power implique deux pistons se déplaçant en opposition dans un seul cylindre. Il n’est donc pas nécessaire d’avoir des culasses, qui sont une source fréquente d’inefficacité et de perte de chaleur dans les moteurs traditionnels.
Le cycle de combustion à deux temps unique du moteur à pistons opposés génère deux fois plus de coups de piston par révolution du vilebrequin qu’un moteur à quatre temps standard, ce qui se traduit par une augmentation de la puissance. En outre, le moteur est plus léger, moins coûteux et plus simple à construire.
Bien que les véhicules électriques (VE) aient gagné en popularité sur le marché du transport zéro carbone pour les voitures, le moteur à pistons opposés alimenté à l’hydrogène peut jouer un rôle crucial dans l’alimentation des véhicules difficiles à électrifier qui parcourent de longues distances.
“L’hydrogène pourrait être le meilleur carburant pour un transport longue distance véritablement durable”, a déclaré M. El-Hannouny. “La démonstration réussie par Argonne de la combustion d’hydrogène sans carbone constituera une étape importante vers la décarbonisation du secteur du transport de marchandises moyen et lourd.
Achates destine son moteur à hydrogène aux camions commerciaux de taille moyenne à grande, aux véhicules tout-terrain pour des industries telles que l’exploitation minière et l’agriculture, ainsi qu’aux véhicules militaires.
Achates mettra à jour ses modèles informatiques à l’aide des données de combustion et d’émission générées lors des premiers essais. L’objectif est d’utiliser la modélisation informatique pour optimiser la conception du moteur et améliorer les stratégies de combustion. Les ingénieurs d’Achates travaillent en étroite collaboration avec Argonne pour assurer l’étalonnage et la surveillance du moteur.
“Notre objectif est de démontrer la capacité du moteur à pistons opposés à fonctionner à l’hydrogène et à atteindre l’efficacité, la densité de puissance et le couple des moteurs diesel ; en même temps, nous éliminons les émissions de gaz à effet de serre”, a déclaré M. Huo.
Selon M. Fromm, l’expertise et les installations de pointe d’Argonne sont essentielles à la mise sur le marché du moteur à hydrogène d’Achates.
“Achates travaille avec Argonne depuis plus de dix ans, et c’est le partenaire idéal pour ce projet”, a déclaré M. Fromm. “Argonne a une grande expérience de la combustion de l’hydrogène. Et pas seulement sur les moteurs à pistons opposés, mais aussi sur les moteurs conventionnels. Les capacités uniques et l’expérience approfondie d’Argonne sont essentielles à la réussite du projet”.
