Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article traite des moteurs 2 temps lourds quasi exclusivement utilisés en marine. Il présente les raisons de leurs succès sur ce marché, ainsi que les volumes et les acteurs. Les fondements de leur excellent rendement, 50 % et plus, sont dévoilés. Une grande partie de l’article décrit leurs composants constitutifs, si spécifiques du fait de leurs tailles, de la nature des carburants, et de l’embiellage à crosse. L’électronique joue un rôle primordial. Enfin, l’article précise comment les atouts de ces moteurs en font des acteurs clé de la transition énergétique.
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Patrice FLOT : Président, TAMRIS études et conseils, Cabriès, France
INTRODUCTION
L’article décrit la technologie du moteur 2 temps lourd, dit aussi moteur lent ou encore moteur cathédrale, en se concentrant sur l’état de l’art à ce jour, qui résulte de près de 150 années de constantes évolutions techniques.
La première partie est consacrée aux marchés desservis par ces moteurs, et aux besoins spécifiques auxquels ils répondent. Il s’agit essentiellement de la propulsion de gros navires de toutes sortes. Des notions de volume de marché sont données ainsi que les acteurs de ces marchés, concepteurs, fabricants, équipementiers, clients et utilisateurs. Quelques applications terrestres sous forme de groupes électrogènes existent mais sont marginales et ne sont pas développées ici.
Il est ainsi dévoilé comment la définition technique de ces moteurs est tirée par la demande du monde maritime, en termes de structure mécanique et de performances : puissance, vitesse de rotation, rendement, niveau d’émission. La transition énergétique est évoquée puisqu’elle est actuellement au cœur des activités de R&D des constructeurs. Des prototypes sont à l’étude, certains en cours d’essais, pour brûler des bio-carburants, du méthanol, de l’ammoniac ou de l’hydrogène. La capacité intrinsèque de ces moteurs à brûler tous types de carburant, liquides ou gazeux, est un facteur accélérateur de la transition énergétique, les freins résidant davantage dans la disponibilité et la logistique des nouveaux carburants.
Une deuxième partie de l’article est consacrée à la description détaillée des différents composants et sous-systèmes du moteur 2 temps lourd (bloc, chambre de combustion, embiellage à crosse, injection électronique, suralimentation…) en relevant ce qui fait leur originalité par rapport à leurs équivalents dans les moteurs à 4 temps, mieux connus parce que plus proches des moteurs automobiles. Dans le chapitre consacré à l’injection électronique, les différents carburants actuels et futurs sont cités avec leurs implications sur la conception.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés.
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Conclusions : quel avenir pour le moteur lent à 2 temps ?
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3. Structure mécanique du moteur lent
3.1 Vocabulaire
Avant d’entrer dans la description détaillée des pièces principales, et sans être exhaustif, est donnée ici une liste de termes utilisés pour désigner ces pièces, certaines étant spécifiques aux moteurs lents. Le tableau 3 rapporte la désignation en anglais et en français, parfois plusieurs pour une même pièce, par rapport aux repères de la figure 10 d’un moteur moderne, à commande électronique de l’injection.
HAUT DE PAGE3.2 Carter et embiellage
Dans ce qui suit, et en lien à la vue en coupe de la figure 11, est détaillé le bas du moteur, c’est-à-dire tout ce qui est en dessous du presse-étoupe de piston (repère 12 de la figure 10). Dans ce carter, qui contient l’embiellage, l’atmosphère baigne dans un brouillard d’huile. Ce brouillard provient de « l’huile mouvement » qui a son propre circuit pour lubrifier les paliers et refroidir les pistons.
HAUT DE PAGE
Le vilebrequin est fabriqué par des métallurgistes et livré aux chantiers navals qui construisent les moteurs. Ils ne sont pas fabriqués d’un seul morceau, mais assemblés par emmanchement à force de plusieurs parties (figure 12). Chaque manivelle avec son maneton est forgée pour être mise en forme, puis usinée. Plus simples, les tourillons sont également forgés et usinés. Ensuite, un par un, les tourillons sont introduits en force dans l’alésage des manivelles en respectant les calages angulaires du vilebrequin.
Lorsque les moteurs ont plus de 8 ou 9 cylindres, les vilebrequins à l’état terminé peuvent se présenter en deux parties reliées au milieu par plateau et boulonnerie.
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Structure mécanique du moteur lent
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DRAGSTED (J.) - The first 50 years of turbocharged 2-stroke, crosshead, marine diesel engines. - Publication CIMAC (2013).
-
(2) - MARINE ENVIRONMENT PROTECTION COMMITTEE – document MEPC 75/7/15 - Reduction of GHG emissions from ships – Fourth IMO study 2020 – Final report. - IMO 29 (2020).
-
(3) - KYRTATOS (A.), SPAHNI (M.), HENSEL (S.), ZÜGER (R.), SUDWOJ (G.) - The Development of the Modern Low-Speed Two-Stroke Marine Diesel Engine. - Article n° 120 congrès CIMAC d’Helsinki (2016).
-
(4) - BRUNNER (H.) - Sulzer Low Speed Engines State of the Art. - Article n° 213 congrès CIMAC de Kyoto (2004).
-
(5) - TOFT (O.), ROLSTED (H.), LINNERUD (T.) - Condition based maintenance of the 2-stroke propulsion engine. - Article n° 404 congrès CIMAC de Shanghaï (2013).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Moteur 2 temps léger – Caractères spécifiques et domaines d’application.
-
Moteur 2 temps lourd – Caractères spécifiques des systèmes auxiliaires.
-
Moteurs à gaz pour les transports – Véhicules routiers, engins et bateaux.
NORMES
-
Produits pétroliers – Combustibles (classe F) – Spécifications des combustibles pour la marine. - ISO 8217-2017 -
ANNEXES
Annexe VI de MARPOL et code NOx 2008 et directives d’application (IMO réf. KC664F, édition 2017).
IGC Code, Recueil international de règles relatives à la construction et à l’équipement de navires transportant des gaz liquéfiés en vrac (IMO réf. EA104F, édition 2016).
IGF Code, Recueil international de règles relatives à la sécurité aux navires qui utilisent des gaz ou d’autres combustibles à faible point d’éclair (IMO réf. E109F, édition 2016).
Rule Note NR529 DT R03 E – Gas Fuelled Ships (Bureau Veritas, January 2020).
HAUT DE PAGE2.1 Concepteurs de moteurs lents
J-ENG , Japan Engine Corporation
MAN Energy Solutions
WinGD, Winterthur Gas Diesel
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