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Jean‐Pierre POUILLE : Chef du service combustion‐Dépollution Diesel - Direction de la Mécanique‐Renault
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Le moteur Diesel s’est principalement développé pour des applications industrielles, dans lesquelles il a permis d’utiliser, avec un bon rendement, un carburant rustique et bon marché. La puissance spécifique et la plage de régimes utilisable n’ont pas été des objectifs prioritaires. Cependant, les progrès accomplis sur les petits moteurs Diesel rapides (rendement, performances spécifiques, plage de régimes utilisable, bruit, agrément d’utilisation) en ont fait des concurrents des moteurs à allumage commandé pour les applications automobiles.
Si l’intérêt du diesel sur la voiture particulière réside notamment dans son rendement et, par là, dans son faible coût d’utilisation (le surcoût à l’achat étant en partie compensé par une plus grande longévité), les progrès récents et à venir du moteur à allumage commandé dans les domaines de la consommation et des émissions constituent un défi pour les diésélistes.
Dans le domaine des émissions, ce défi s’avère particulièrement difficile à relever car le moteur à allumage commandé, grâce à sa combustion homogène, n’émet que très peu de particules et peut traiter les émissions gazeuses de HC (hydrocarbures imbrûlés), CO (monoxyde de carbone) et NOx (oxydes d’azote) à l’échappement au moyen d’un catalyseur trifonctionnel dont l’efficacité est de l’ordre de 98 %. Ce catalyseur trifonctionnel favorise simultanément les réactions d’oxydation (HC, CO) et de réduction (NOx ), le moteur à allumage commandé fonctionnant en mélange stœchiométrique (richesse 1). Ce n’est pas le cas du moteur Diesel, qui a toujours besoin d’un excès d’air pour réaliser une bonne combustion, ce qui est favorable pour les émissions de HC et CO, produits en faibles quantités et facilement oxydables par un catalyseur, mais ne permet pas de traiter les émissions de NOx puisque l’on se trouve en milieu oxydant.
En résumé, les principales difficultés rencontrées pour dépolluer les moteurs Diesel concernent la réduction des particules et des oxydes d’azote.
Parallèlement aux efforts prioritaires visant à réduire les émissions et la consommation, le diéséliste doit chercher à accroître les performances spécifiques et à réduire le bruit.
Nous allons décrire la démarche suivie au bureau d’études pour concevoir et dessiner un moteur Diesel, effectuer la mise au point de l’injection et de la combustion, points clés pour relever les défis que nous venons d’évoquer.
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4. Conclusion
Nous avons vu au cours des paragraphes précédents que le dimensionnement général d’un moteur Diesel dépendait des choix faits pour le système de combustion, qu’il s’agisse d’injection directe ou indirecte : hauteur du piston et du carter‐cylindres, architecture de culasse ; positionnement de l’injecteur et de la bougie, pression maximale dans la chambre de combustion dimensionnant l’attelage mobile et la base moteur, refroidissement, disposition des conduits d’admission dans la culasse.
On ne peut entreprendre le dessin d’un nouveau moteur Diesel sans disposer d’une solide base de données, établie à partir d’essais sur des moteurs similaires ou sur des monocylindres expérimentaux.
Les calculs de mécanique et de thermique permettent ensuite de gagner beaucoup de temps sur les aspects tenue en endurance, pour lesquels on ne peut toutefois pas se passer d’essais de validation.
Les informations obtenues précédemment permettent d’aborder la conception d’un avant‐projet, d’avoir une estimation des dimensionnements importants. Beaucoup de travail reste ensuite à faire pour affiner la définition et obtenir des dessins de détail.
De même, en ce qui concerne la partie essais de développement, même si nous ne pouvons donner une démarche universelle, nous avons montré sur des exemples le genre des raisonnements à suivre qui peuvent servir de fil conducteur dans une démarche expérimentale, notamment pour l’optimisation de la combustion qui, aujourd’hui, n’est pas accessible par le calcul.
Toute innovation doit s’appuyer sur une bonne connaissance des phénomènes physiques de base ; nous avons exposé notre compréhension du fonctionnement des moteurs Diesel, et le pourquoi des dimensionnements choisis. À partir de là, il ne faut pas considérer que les valeurs indiquées sont immuables, même si elles peuvent constituer un bon point de départ.
Nous avons la certitude que, malgré les années d’efforts faits par tous les constructeurs du monde, il reste encore un champ important pour l’innovation et l’amélioration des moteurs.
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