Qu'est-ce qu'un moteur à fioul lourd, quels en sont les différents types ?

L’origine des moteurs à fioul lourd est le besoin logistique militaire d’« un carburant unique sur le champ de bataille ». Ce concept profite à la fois à la logistique et à la sécurité. Aujourd'hui, les conditions techniques permettent leur application sur de petits moteurs de drones. L’idée ici est d’utiliser un seul carburant pour tous les types de véhicules, terrestres et aériens. Le choix pour les drones à carburant lourd est le même que celui utilisé pour les avions pilotés : du carburant à base de kérosène comme le JP-5, le JP-8 ou le Jet-A1.

Les petits moteurs à allumage commandé qui utilisent des carburants lourds sont appelés HFE (Heavy Fuel Engines) ou moteurs multi-carburants car ils peuvent fonctionner avec une large gamme de carburants, de l'essence au diesel. Ce sont généralement des moteurs à deux temps en raison de leur construction simple et de leur faible poids.

Les fabricants de moteurs de drones proposent différentes solutions pour l’utilisation de carburants lourds dans les centrales électriques des petits véhicules sans pilote. Ils peuvent être classés en deux groupes principaux : l’injection directe et l’injection indirecte.

 

Injection directe dans les moteurs multi-carburants

L’injection directe consiste à injecter le carburant directement dans la chambre de combustion. La société australienne Orbital est à la tête du développement de cette technologie et de nombreux fabricants utilisent la technologie Orbital, aujourd'hui connue sous le nom d'injection directe assistée par air (AADI). Orbital a appliqué ce système à ses propres moteurs FlexDI.

 

D'autres sociétés développent des systèmes HFE à injection directe. Par exemple, la société XRDi, qui travaille sur des systèmes de propulsion légers, économes en carburant et à faibles émissions, a développé des moteurs multi-carburants (MFE) dans lesquels une technologie de construction exclusive a été appliquée.

 

Mélanges de carburant et d'air (MCDI)

Le système MCDI utilise un petit compresseur dans chaque cylindre, ce compresseur injecte le carburant et l'air dans la chambre de combustion via une buse.

D'autres exemples d'injection directe sont les moteurs développés par Cosworth et Ricardo. Les deux utilisent des systèmes d’injection mécanique similaires à ceux utilisés dans l’injection mécanique diesel automobile.

Ricardo Wolverine 3 HFE

Le moteur à combustible lourd Cosworth AG

Ces moteurs sont des solutions très coûteuses et leur application est limitée aux drones destinés à des applications militaires comme l'Insitu EagleScan (Boeing).

Le fait est que la complexité technique d’un système à injection directe n’est pas nécessaire. De nombreux autres constructeurs ont opté pour l’injection indirecte.

 

Injection indirecte dans les moteurs multi-carburants

L'injection indirecte est le système d'injection couramment utilisé dans les véhicules à allumage commandé (essence). C’est une solution bien plus abordable que celles exposées précédemment.

La plupart des constructeurs de moteurs à fioul lourd ont opté pour l'injection indirecte : 3W, SKY POWER, Sonex Research ou Northwest UAV, pour n'en citer que quelques-uns.

Le principal problème des moteurs à fioul lourd équipés de systèmes d’injection indirecte est le démarrage à froid. L'atomisation du carburant n'est pas aussi bonne qu'en injection directe et l'allumage du mélange est plus difficile sur les moteurs indirects. Pour cette raison, certains constructeurs ont développé leurs propres systèmes pour faciliter le démarrage. Ils chauffent le carburant ou la chambre de combustion pour faciliter la vaporisation du carburant.

Par exemple, Sonex Research a développé sa propre technologie de moteurs à fioul lourd (HFE). Le système de combustion Sonex (SCS) associé au système de démarrage à froid breveté (CSS) permet aux moteurs convertis de démarrer de manière fiable à basse température avec JP-5, JP-8 ou Jet-A1. Le CSS se compose d'un vaporisateur de carburant chauffé et d'un chauffage de chambre de combustion.

Un autre exemple d'injection indirecte de carburant lourd est celui de la société Advanced Innovative Engineering. Dans ce test, ils démarrent le moteur avec de l'essence et effectuent une transition vers JP8 avec le moteur démarré.

 

Je trouve cela peu pratique pour un client mais en pratique une fois le moteur démarré et chaud il n'y a pas de changement de fonctionnement sauf qu'il faut utiliser une cartographie un peu différente.

 

Conclusion

Bien que les constructeurs s'efforcent de réaliser des développements spécifiques pour le fioul lourd, le fait est qu'aucune modification du moteur n'est nécessaire hormis la table des carburants pour faire fonctionner un moteur avec des carburants à base de kérosène comme le JP-5, le JP-8 ou le Jet-A1. Le moteur sans aucune modification doit être chauffé au-dessus de 60ºC pour faciliter le démarrage. Une fois le moteur démarré, les performances sont identiques à celles du moteur à essence et il n'y a pas de fumées visibles.