Moteur Scuderi à cycle divisé : la valse à deux fois deux temps
Moteur Scuderi
Début décembre, Scuderi présentait pour la première fois en France son moteur thermique à « cycle divisé ». Pas de nouveau carburant ou d’énergie alternative mais une exploitation repensée des quatre temps classiques que sont l’admission, la compression, la combustion et l’échappement. Cela permettrait de réduire la consommation, les émissions de CO2 et de NOx tout en augmentant le rendement et le couple à bas régime. Plusieurs constructeurs automobiles, dont des français, sont d’ores et déjà intéressés par cette technologie.
Avant d’être une entreprise, Scuderi est un nom, celui de Carmelo Scuderi. Né en 1925, cet ingénieur en thermodynamique et mécanique des fluides a imaginé, au milieu des années 90, un nouveau cycle pour les moteurs à combustion interne afin de remplacer les cycles de Beau de Rochas (pour les moteurs à essence) et de Diesel (pour les moteurs éponymes). Son objectif était d’augmenter le rendement et diminuer la consommation de carburant tout en conservant l’architecture générale d’un moteur avec pistons et soupapes. Malheureusement il décède en 2002 avant d’avoir vu son projet achevé. Ses enfants reprennent alors le flambeau et créent Scuderi Group. Cette entreprise, alimentée par des investisseurs privés, a déposé à ce jour environ 250 brevets relatifs au cycle Scuderi ! Elle emploie une vingtaine de personnes à la fois aux Etats-Unis et en Allemagne. Après sept années de travail, Scuderi est aujourd’hui un projet prêt à être vendu. Il a fait l’objet d’une présentation officielle au salon de Francfort et s’est dévoilé pour la première fois en France début décembre dans les locaux de l’INSA de Strasbourg.
Le cycle divisé, comment ça marche ?
Les moteurs classiques de nos voitures de tous les jours fonctionnent sur des cycles à quatre temps décomposant, indépendamment dans chaque cylindre, l’admission de carburant, la compression par le piston, la combustion et la détente du mélange air-essence puis enfin l’échappement. La phase de combustion est déclenchée par l’allumage d’une bougie lorsque le piston est au point mort haut, c’est-à-dire au point le plus haut de sa course, quand le mélange présent dans le cylindre est le plus comprimé possible.
Le cycle Scuderi, quant à lui, ne fait pas fonctionner les pistons indépendamment, mais deux par deux. C’est là que l’expression de « cycle divisé » prend tout son sens. Dans le premier cylindre de la paire se déroulent les étapes d’admission et de compression tandis que dans le deuxième s’effectuent la combustion, la détente et l’échappement. Les moyens qui permettent de mettre ce cycle en œuvre sont étonnamment classiques. L’air est amené dans la première chambre par un système de soupape puis le piston monte et remplit totalement l’espace. Le gaz sous pression est expulsé via un conduit de transfert (le « crossover path ») qui le conduit dans le second cylindre. Là, une autre valve s’ouvre durant quelques millisecondes et le carburant est projeté à haute pression dans la chambre avant qu’une bougie ne provoque la combustion. Le mélange « explose », le piston recule et le cycle peut recommencer.
Des émissions de NOx réduites de 80 %
Les différences entre le moteur Scuderi et un moteur « normal » ne concernent presque pas l’architecture du bloc. Sur le principe, outre la répartition des quatre temps sur deux cylindres, la grosse différence vient du moment de l’allumage. Dans le cycle Scuderi, la combustion a lieu après le point mort haut, quand la détente a déjà commencé et que le piston entame sa descente. La pression et la température dans la chambre ont donc légèrement diminué avant l’allumage. Or les gaz toxiques NOx sont produits à cette étape du cycle et leur apparition est favorisée par les hautes températures. Avec la combustion après le point mort haut, Scuderi espère diminuer les émissions de NOx de 80 % par rapport aux moteurs actuels !
L’injection de carburant est réalisée sous haute pression, à 200 bars, et la soupape correspondante doit s’ouvrir et se fermer six fois plus vite que sur un autre moteur. Elle a donc été conçu en titane dont la faible masse volumique diminue avantageusement les inerties.
Enfin, les deux pistons appariés montent et descendent à peu près en même temps, contrairement à deux pistons consécutifs classiques. Ils ne sont décalés que d’une vingtaine de degré d’angle de vilebrequin. Il suffit donc d’un seul tour de celui-ci pour effectuer un cycle complet alors qu’il faut deux révolutions pour un cycle de Beau de Rochas.
Premiers contrats prévus en 2010
A l’heure actuelle, on n’a encore jamais vu un moteur Scuderi fonctionner sur un véhicule et les tests se poursuivent toujours dans les laboratoires texans du Southwest Research Institute. D’après leurs résultats, le rendement devrait atteindre 37 % en pleine charge ou en demi-charge, tandis qu’un moteur classique est à 20 % dans ce dernier cas. Les courbes de couple sont comparables à celles d’un diesel alors que le prix serait plutôt celui d’un essence. Le régime maximum atteint les 4.500 tr/min et le ratio de compression est de 50:1, soit cinq fois plus que la concurrence actuelle.
Scuderi ne se chargera de toute façon pas de l’implantation mais vendra « seulement » la technologie. Plusieurs constructeurs automobiles seraient déjà en pourparlers pour l’acquérir mais le secret est bien gardé quand il s’agit de savoir qui. Tout ce que l’on sait pour l’instant, c’est que les français sont présents dans les négociations et qu’à l’échelle mondiale il devrait s’agir d’une course entre l’Europe et le Japon. Les Etats-Unis, eux, semblent moins intéressés. Les premières signatures sont attendues pour 2010.
Un réservoir d’air pour stocker l’énergie
Pour les constructeurs, l’avantage est multiple. Outre les capacités intrinsèques du moteur Scuderi, sa fabrication ne nécessite pas de coûts supplémentaires importants. En effet, toutes les pièces existent déjà et l’outillage n’a pas besoin d’être changé dans les usines actuelles.
Mais Scuderi ne s’est pas arrêté là et continue d’apporter des nouveautés pour tirer profit au maximum de son moteur. Dans la version finale, il est prévu d’ajouter un réservoir d’air de vingt litres. Celui-ci serait directement relié au conduit de transfert qui connecte les deux chambres. En mode croisière, lorsqu’on ne demande pas toute la puissance du moteur, un jeu de soupape dirige l’air sous pression sortant du cylindre de compression vers le réservoir et non vers le cylindre moteur. En mode d’efficacité maximale, quand on a besoin de puissance, le système s’inverse : pour la phase de combustion, l’air sous pression arrive directement du réservoir. Le chargement du réservoir nécessite 7 secondes alors que son déchargement en prend 45. En fermant ainsi alternativement les cylindres pour utiliser de l’énergie préalablement stockée, le moteur Scuderi entend diminuer encore sa consommation. Il est enfin important de noter que ce moteur, même s’il intéresse principalement les constructeurs automobiles, peut s’adapter sur n’importe quelle machine. De plus, le réservoir d’air pourrait trouver des applications insoupçonnées, par exemple en tant que compresseur. Il ne reste donc plus qu’à attendre quelques mois pour savoir qui sera le premier à intégrer la technologie Scuderi sur sa gamme et surtout quelles seront les économies concrètes pour l’utilisateur final.
Renaud LACROIX
Légendes :
1- Sal Scuderi (PDG), Nick Scuderi (vice-président marketing et ventes) et Lutz Deyerling (vice-président des opérations en Europe)
2- Deux cylindres appariés
3- L’air est comprimé dans la première chambre
4- La combustion a lieu dans la deuxième chambre
5- En mode croisière, l’air est stocké dans un réservoir et le deuxième piston tourne « à vide »
6- En mode d’efficacité maximale, le cylindre moteur est alimenté par le réservoir, l’autre tourne « à vide »
