La problématique puissance-énergie des véhicules

Photo-détonation et Diesel versus cycle Otto

À faible facteur de charge, la dépressurisation à l'admission du cycle Otto dissipe de la puissance moteur puisque le papillon est presque fermé et que le piston descendant agit en pompe à vide colmatée contre la pression atmosphérique, vide qui est subséquemment partiellement détruit par la vaporisation du carburant durant la compression. En raison de cet effet, le moteur en cycle Otto résiste à toute augmentation RPM de vitesse (bien connu comme frein moteur en compression) et cette résistance intrinsèque à l'augmentation de vitesse est combattue par une consommation constante et importante de carburant. Le mode photo-détonation n'utilise pas de papillon et accepte sans contrainte toute l'air disponible à pression atmosphérique (comme le Diesel d'ailleurs, où l'énergie de pressurisation est alors restituée à la détente). Pour cette raison, le rendement à faible facteur de charge du moteur à photo-détonation est le double de celui du cycle Otto conventionnel, et considérant que le facteur de charge d'une auto se situe en moyenne autour de 10 à 15%, cela n'est pas peu dire (économie encore plus grande dans les embouteillages...).

Le concept de véhicule hybride est intéressant avec les moteurs à combustion interne actuels parce qu’il est plus efficace d’opérer un moteur de 20 kW à plein régime de 20 kW tout le temps (en dépit de l’inefficacité, du poids et du coût du système de réserve), plutôt que d’opérer un moteur de 100 kW la plupart du temps à seulement 10 kW.

Notez que les véhicules hybrides d’aujourd’hui offre une économie de carburant théorique d’environ 50%, abstraction faite de l’investissement énergétique dans les composantes de réserve. Mais pourquoi en est-il ainsi ? Pourquoi, si vous réduisez la puissance d’un moteur à 10%, la consommation de carburant n’est réduite qu'à 25% ?

Avec les moteurs Diesel, cela a à voir avec le mélange non homogène du jet de carburant qui en demande plus pour allumer à bas régime. Avec les moteurs à essence en cycle Otto, cela a à voir avec la dépressurisation de l’admission qui exige une puissance supplémentaire pour travailler contre la pression atmosphérique.

Ces limitations du moteur à pistons peuvent être surmontées par le mode photo-détonation du moteur Quasiturbine.

Ce n’est pas une voie facile, mais cela est certainement une voie impossible pour le moteur à pistons.

L’impulsion de volume à rampe linéaire de la Quasiturbine permet et supporte la violente mais complète et propre combustion par photo-détonation.

Le moteur à photo-détonation a une très faible pénalité d’efficacité à bas régime, ce qui signifie qu’un moteur de 100 kW peut être opéré efficacement et en continu pour produire seulement 10 kW de puissance utile, y compris avec l’essence, le Diesel ou les autres carburants.

Dans cette condition, il n’y a pas de besoin pour le concept hybride avec réserve d’énergie, puisque l’énergie que vous n’avez pas besoin demeure emmagasinée dans le réservoir de carburant !

Le véhicule peut être électrique, mais maintenant avec une génératrice modulée plus puissante et efficace à tous les régimes, plutôt qu'avec des batteries de réserve.

Plus de renseignements sur la photo-détonation à :

http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTPhotodetonation.html

Les véhicules font en moyenne 20 000 Km par an, soit une moyenne de 54 Km par jour par voiture, à une vitesse de 100 Km/h, cela correspond à environ une demi-heure de service par jour.

Un véhicule conventionnel à l'essence utilise en moyenne environ 12% de sa puissance installée, soit 12% de 150 CV ou 18 CV (14 kW).

18 CV pendant une demi-heure correspond à une puissance moyenne sur une base annuelle de 0,4 CV (0,3 kW) par véhicules.

Il y a peu de perte avec l’électricité, (les pertes étant déjà faites à la centrale) mais pour satisfaire ce besoin avec des moteurs thermiques moyennement efficaces, il faut fournir de 5 à 8 fois cette énergie sous forme thermique en carburant.

Des véhicules 4 fois plus efficace (les voiturette font encore mieux) demanderont seulement 0,1 CV (75 Watts) sur une base annuelle, soit l'équivalent d'une ampoule toujours allumée !

Considérant qu'une turbine hydraulique type de barrage peut produire une puissance moyenne annuelle de 200 à 300 MW, elle suffirait en principe à mouvoir une flotte de 800 000 véhicules actuels demandant 0,4 CV (0,3 kW) chacun, et 3 millions de véhicules du futur à 0,1 CV (75 Watts), soit la totalité des véhicules du Québec !

Cette puissance actuelle moyenne de 0,4 CV correspond à moins que la puissance de crête installée dans nos réfrigérateurs domestiques.

Le paradoxe à solutionner avec les véhicules est qu'ils demandent une grande puissance instantanée, mais une faible consommation énergétique annuelle.

Ceci explique pourquoi il est non compétitif de mettre dans les véhicules des moteurs high-tech de 20,000 ou 30,000 $ qui développeront seulement de 0,5 CV sur une moyenne annuelle !

La course à l'efficacité n'est donc pas ici un argument critique.

Bien que ces constatations moyennes soient justes, la distribution instantanée de puissance varie énormément, de sorte que le scénario électrique exige qu'on étale l'appel de puissance de jour, comme de nuit.

Or, c'est exactement ce que la recharge des batteries permet de faire, en supprimant les pointes quotidiennes en chargeant à un taux de 0,5 CV (400 watts) sur 24 heures et en restituant la puissance à 20 CV ou plus pendant la demi-heure quotidienne de service du véhicule.

Cependant, les batteries ont les défauts de leurs qualités, il faut généralement les charger et décharger lentement, elles ont une faible densité énergétique comparativement à l'essence, elles sont généralement faites de matériaux hostiles à l'environnement, leur durée de vie est assez limitée, et leur poids et encombrement réduisent l'efficacité dans les usages mobiles.

Les hybrides batteries-générateurs atténuent ces inconvénients, mais ils en ajoutent de nouveaux.

Coté environnement, les batteries elles-mêmes utilisées en grand nombre seront une préoccupation environnementale majeur.

D'autre part, si l'énergie qu'elles contiennent est peu polluant, la source électrique initiale l'est généralement toujours.

Considérant la haute puissance installée requise, et la relativement faible demande énergétique annuelle.

Considérant que les technologies sans pollution au point d'usage ne font que concentrer la pollution à la source.

Considérant que les transformations entre formes d'énergie réduisent inéluctablement l'efficacité énergétique totale.

Et excluant pour l'instant le nucléaire et la fusion (logique pour l'hydrogène), force sommes nous de constater que les solutions offertes par les super bricoles high-tech-piles-à-combustible-et-batteries sont seulement apparentes et fragmentaires, sans n'en être vraiment.

Elles sont surtout des explorations scientifiques et technologiques, sauf pour les régions qui disposent d'hydro-électricité comme le Québec, où ces solutions sont fort menaçantes pour certains empires ... qui n'ont pas du aimer le pertinent train de propulsion Couture (moteur roue d'Hydro-Québec) ... surtout que cette technologie est une des rare à présenter un intérêt mondial en mode hybride à combustion (moins de batteries), et elle serait encore plus stratégique avec la Quasiturbine ( Remarquez que la Quasiturbine en mode photo-détonation supprime tout intérêt et nécessité du concept de véhicule hybride, puisque même un puissant moteur Quasiturbine n'aurait aucune pénalité énergétique à bas régime ! ).

L'électrification des véhicules à partir d'un moteur électrique central est une voie facile qui ne requiert pas de moteurs électriques sophistiqués, puisque la distribution des couples est assurée par le différentiel mécanique.

C'est une voie temporaire et vulnérable, parce qu'elle conserve les crémaillères et cardans que l'usage de multiples moteurs roues viendront tôt ou tard substituer.

L'abandon du moteur roue est malheureusement un virage à courte vue et une reconnaissance de notre manque de volonté à résoudre la problématique du contrôle en couple des moteurs du train de propulsion, une technologie cruciale qui vaudra des milliards de $ à ses conquérants :

Les japonais probablement ? ... alors que le Québec était si près de la solution !

Isoler l'hydrogène à partir des hydrocarbures fossiles fait perdre au bas mot 30 % de l'énergie initiale.

Ensuite, stocker l'hydrogène gazeux est aussi coûteux en énergie de compression souvent perdue à la détente.

Suite à une décennie exploratoire sur l'hydrogène, on redécouvrira sous peu que la meilleure façon de stocker l'hydrogène est de le lier tout autour d'un atome de carbone CH₄ , C₃H₆ ... pour former des gaz liquéfiables ou directement des liquides qu'on appel hydro- (pour hydrogène) et carbure (pour combustion).

On redécouvrira que nous fonctionnons déjà à l'hydrogène sous une forme efficace et peu dangereuse !

Il est aussi à la fois amusant et désolant de constater comment on présente la comparaison de l'incomparable.

Les voitures conventionnels sont robustes, lourdes et puissantes, alors que les nouvelles technologies présentent des vélos 2 places enveloppés d'une bulle.

Ce type de tricherie va rebondir violemment, parce que si on utilisait les moteurs conventionnels pour propulser ces vélos, la consommation tomberait en dessous d'un 1 litres au 100 km, avec une nécessité de faire le plein seulement 4 fois l'an !

Pour la plupart des régions du monde, les combustibles liquides (fossiles ou synthétiques) sont encore de loin la meilleure façon de concentrer et de transporter de l'énergie autonome, et avec les moteurs à combustion comme partenaires, ils offrent encore une solution en perspective inégalée à la mobilité, vers laquelle on revient et reviendra inévitablement.

La course à l'efficacité et à la propreté environnementale est ici un argument critique.

Plutôt que d'abandonner cet axe de solution logique, qui n'est pas présentement à la mode, on devrait intensifier les efforts pour un perfectionnement encore plus poussé.

Le potentiel d'amélioration est énorme avec la photo-détonation

http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTPhotodetonation.html 

laquelle permettrait de réduire de moitié les échappements de CO₂, soit plus que le protocole de Kyoto, et ce sans modifier le poids, la puissance et l'autonomie de nos véhicules !

Mentionnons aussi le potentiel considérable de la Quasiturbine-Stirling-Vapeur

http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTStirling.html

laquelle pourrait produire plusieurs CVs en continue pendant de nombreuses années à partir d'une simple pastille de produit radioactif ...

L'approche dure des dernières décennies minimise l'importance de la ressource et permet d'affirmer que "les véhicules conventionnelles ont une meilleure autonomie que les véhicules à propulsion alternative".

Cependant, l'approche des sociétés  écologiques du future met l'accent avec justesse l'importance de la ressource, et permet aussi d'affirmer avec raison "qu'avec une même quantité d'énergie embarquée, la propulsion alternative est plus performante et permet une meilleure autonomie...".

Nous évoluerons inévitablement d'une vision vers l'autre.

Voilà pourquoi la technologie Quasiturbine sera incontournable dans le monde de la mobilité... et ailleurs.

La mode ne doit pas aveugler la science et la technologie !

Plus de renseignements à www.quasiturbine.com