Aujourd’hui, c’est pour les karts ; demain, ce pourrait être un prolongateur d’autonomie de voiture électrique
Un nouveau type de moteur a montré son travail pour la première fois en dehors du laboratoire, et bien qu’il ait simplement fait avancer un kart, il pourrait bien être le début de quelque chose de plus grand.
Le moteur est une conception rotative, une configuration sans piston qui maximise le rapport puissance/poids. C’est le fruit d’une douzaine d’années de travail de LiquidPiston, une startup cofondée par Alec Shkolnik, titulaire d’un doctorat en informatique, avec une spécialisation en IA et en modélisation. Le moteur lui-même est basé sur la technologie de combustion développée par son père, Nikolay, un ingénieur mécanique formé en Union soviétique qui s’est recyclé aux États-Unis en tant que physicien.
Il n’y a pas de liquide, cependant, et pas de piston : La société a dépassé un nom qui faisait référence à une conception qui utilisait les deux pour convertir l’expansion du gaz en force de propulsion. Une demi-douzaine d’itérations plus tard, le résultat est un moteur rotatif entièrement métallique qui n’a rien à voir avec le Wankel de votre père, le célèbre cœur ronronnant de la série Mazda RX.
« C’est une sorte de Wankel retourné, un design qui résout les vieux problèmes d’étanchéité et de consommation de carburant », explique le fondateur de la société, Alec Shkolnik. « Le Wankel a un rotor triangulaire dans un boîtier en forme de cacahuète ; nous avons un rotor en forme de cacahuète dans un boîtier triangulaire. Nos joints vont aux sommets du triangle et nos joints sont stationnaires parce qu’ils sont dans le boîtier. »
Les joints empêchent le gaz de passer d’une chambre à l’autre. Dans un Wankel, les joints bougent rapidement, ce qui les rend difficiles à lubrifier. Vous devez pulvériser de l’huile dans la chambre de combustion en sachant que seule une fraction atteindra les joints et que le reste partira en fumée – un problème à la fois pour l’économie de carburant et les émissions du moteur. Le moteur de LiquidPiston n’a pas ce bagage mais conserve la simplicité mécanique intrinsèque du moteur rotatif – juste un rotor et un arbre excentrique, ainsi que des injecteurs de carburant, des pompes à carburant et des pompes à huile.
Shkolnik admet que sa machine n’est pas encore prête pour la norme de durabilité de 100 000 miles de l’industrie automobile. Mais il affirme que, même à ses débuts, elle devrait trouver des applications dans tous les domaines où l’on apprécie un moteur simple, minuscule et économe en carburant, qui concentre beaucoup de puissance dans un petit volume et une petite masse.
« Nous avons remplacé le moteur de 40 livres du kart par notre moteur de 4 livres et de 3 à 5 chevaux », dit Shkolnik. Dès aujourd’hui, vous pouvez acheter le kit de développement.
Le moteur est plus efficace qu’un Wankel parce qu’il a un taux de compression plus élevé et parce que la géométrie changeante de ses cavités internes lui permet d’extraire la plus grande partie de l’énergie des gaz d’échappement avant de les évacuer, une caractéristique appelée surdétente.
« Toyota utilise le cycle d’Atkinson dans sa Prius, et cela fait de la surdétente – donc ce n’est pas nouveau », dit-il. « Mais le moteur de la Prius est surdimensionné. Nous obtenons la surexpansion presque gratuitement, simplement en changeant l’emplacement de notre port. Nous n’avons pas besoin d’avoir des commandes de soupapes encombrantes pour y parvenir. »
Une commande de soupapes est le système actionné par l’arbre à cames qui ouvre et ferme les soupapes dans la chambre de combustion d’un moteur à piston pour laisser entrer le carburant et l’air et évacuer les gaz d’échappement. La rotation de cet arbre consomme de l’énergie – une « perte parasite », dans le jargon automobile.
La centrale électrique de 1,5 kilogramme de la taille d’un pamplemousse de LiquidPiston est tout à fait adaptée à un drone à hélice de taille moyenne. C’est pourquoi l’armée américaine s’y intéresse : la société a reçu des fonds de la Defense Advanced Military Research Projects Agency, ou DARPA.
« Beaucoup de gens essaient immédiatement de vendre des moteurs améliorés au marché de l’automobile et des camions, et je ne peux pas les blâmer, c’est un marché de 300 milliards de dollars », dit Shkolnik. « Mais donner vie à un nouveau moteur dans le monde automobile prend au moins sept ans et coûte, littéralement, 500 millions de dollars – et cela pour un moteur à piston, où le risque est faible. »
Il s’intéresse donc d’abord aux marchés qui ont un besoin urgent de moteurs très compacts – outils électriques à main, drones de transport de marchandises pour des entreprises comme Amazon et FedEx, et plus intéressant encore, les prolongateurs d’autonomie pour les voitures.
« Nous avons le concept d’un moteur de 30 kilowatts fonctionnant au diesel, 30 livres, dans une boîte de 10 par 8 pouces », dit Shkolnik. « Il pourrait faire partie d’un véhicule électrique de masse, vous donnant l’autonomie à laquelle vous êtes habitué – 300 miles au lieu de 30 – et un ravitaillement rapide ». Et bien que le moteur de LiquidPiston puisse prétendre être – ou être capable de devenir – plus efficace et plus compact qu’un Wankel, ces choses peuvent ne pas avoir beaucoup d’importance lorsque la machine ne fonctionne qu’en mode d’assistance.
De nouvelles conceptions radicales de moteurs apparaissent tout le temps, mais elles font rarement les gros titres. Vous vous souvenez des turbines à gaz des années 1960 ? Le moteur en céramique super chaud et super efficace des années 1980 ? Le moteur à deux temps radicalement amélioré dont l’échappement devait être plus propre que l’air ambiant ? Même le Wankel a échoué à plusieurs reprises jusqu’à ce que les ingénieurs de Mazda retroussent leurs manches et fassent de sa réussite une priorité.
La grâce salvatrice de LiquidPiston, cependant, est la gamme toujours plus étendue d’utilisations de moteurs de toutes sortes. Même si aucune voiture ne fonctionne jamais uniquement avec l’un de ses produits, il y a beaucoup de niches de marché qu’il pourrait remplir : hybrides, drones, peut-être même des tronçonneuses.
Note de l’éditeur : le passage faisant référence aux joints à gaz a été reformulé pour plus de clarté.