Ford semble, elle aussi, étudier la piste d’un futur moteur à combustion interne utilisant l’hydrogène comme carburant. C’est ce que laisse entrevoir un brevet déposé par la marque à l’ovale bleu auprès de l’U.S. Patent and Trademark Office (l’office américain des brevets et des marques).
Avec cette démarche, Ford rejoint Toyota, Yamaha et Renault, cette dernière ayant déjà présenté un prototype doté d’un moteur à combustion alimenté à l’hydrogène.
Moteur à combustion interne à hydrogène : de quoi parle-t-on ?
Il est important de préciser qu’il s’agit ici d’un moteur à combustion interne à hydrogène, dont le principe de fonctionnement est comparable à celui d’un moteur essence, et non d’une pile à combustible à hydrogène (fuel cell) comme celle employée sur des véhicules électriques tels que la Toyota Mirai.
Autre point essentiel : ce brevet ne décrit pas un moteur précis que Ford aurait déjà finalisé, mais plutôt le processus de combustion et la gestion du mélange air-carburant. Autrement dit, le dispositif pourrait potentiellement s’appliquer à différents moteurs.
Ainsi, contrairement à Toyota - qui a adapté le moteur de la GR Yaris pour fonctionner à l’hydrogène et l’a même déjà éprouvé sur une Corolla de compétition - Ford paraît, au vu de ce document, se situer à un stade plus précoce.
Le brevet de Ford se focalise sur un mode de combustion destiné à un moteur turbocompressé capable de fonctionner sur une large plage de mélanges air-carburant.
λ ≥ 2
Pour comprendre ce que met en avant Ford, il faut revenir sur l’équivalence entre la richesse réelle d’un mélange air-carburant et la richesse dite idéale, ou stœchiométrique, représentée par la lettre grecque λ (lambda).
Dans un moteur essence, la proportion idéale (stœchiométrique) est de 14,7 parts d’air pour 1 part de carburant, ce qui correspond à λ = 1. En pratique, cette valeur n’est pas figée : elle peut évoluer en fonction des conditions extérieures ou du fonctionnement du moteur.
On peut donc obtenir un λ inférieur à 1 (λ < 1) : la quantité d’air devient insuffisante par rapport à l’idéal, le mélange est alors riche (il demande davantage de carburant et aide à produire plus de puissance). À l’inverse, lorsque λ est supérieur à 1 (λ > 1), l’air est en excès : le mélange est pauvre, ce qui favorise la consommation.
Dans le cas d’un moteur à combustion alimenté à l’hydrogène, λ = 1 (la stœchiométrie) correspond à 34 parts d’air pour 1 part de carburant.
D’après ce que décrit Ford pour un moteur à hydrogène, l’architecture envisagée accepterait des valeurs égales ou supérieures à deux (λ ≥ 2), soit deux fois la proportion stœchiométrique. Concrètement, cela signifie que le moteur pourrait fonctionner avec des mélanges extrêmement pauvres, à savoir 68 parts d’air pour 1 part d’hydrogène.
C’est rendu possible par le fait que, à la stœchiométrie, la combustion de l’hydrogène est très rapide, bien plus que celle de l’essence. En appauvrissant fortement le mélange, on peut ralentir cette vitesse de combustion.
La solution décrite par Ford s’appuie sur l’injection directe pour introduire l’hydrogène dans la chambre de combustion. Cela permet de piloter séparément la quantité de carburant et celle d’air, puis d’utiliser l’EGR et la distribution variable pour faire évoluer la valeur de λ de “1” à “2”, voire au-delà, selon les besoins.
Pour une future utilisation dans un hybride ?
Le brevet mentionne également que ce moteur à combustion à hydrogène pourrait s’intégrer dans une chaîne cinématique hybride.
Le document montre un moteur-générateur électrique placé entre le moteur thermique et la transmission. Ford indique que cet ensemble pourrait convenir à un hybride parallèle, un hybride série ou un hybride série-parallèle.
Un brevet n’est pas une annonce de commercialisation
La présence d’un brevet ne veut pas dire que cette solution verra forcément “le jour”. Dans l’automobile, il est courant de déposer des brevets sur presque tout - des appellations aux technologies de pointe - sans que chaque idée ne débouche ensuite sur une application concrète.
Source : Muscle Car and Trucks
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