Le sursaut du moteur thermique

SOUS HAUTE PRESSION Le propulseur à combustion interne ne semble pas avoir abdiqué. C’est d’autant plus vrai que des optimisations techniques font régulièrement leur apparition. Dernier en date, l’allumage par compression homogène, désormais commercialisable grâce à Mazda.

S’il ne fait pas l’unanimité au sein des consommateurs suisses, le diesel n’en reste pas moins un moteur bourré de qualités. Parmi elles, citons une sobriété exemplaire ainsi qu’un couple élevé à faible régime. Revers de la médaille, ses émissions élevées de particules et d’oxyde d’azote requièrent des dispositifs d’épuration des gaz d’échappement à la fois sophistiqué et onéreux. Le moteur à essence, quant à lui, est per-formant mais glouton. En revanche, il facilite la tâche aux spécialistes de la dépollution. il est relativement simple et peu coûteux de réduire ses émissions de polluants. Cela fait des décennies que les motoristes rêvent de combiner les avantages des deux principes tout en se passant de leurs défauts respectifs. Ce qui, de prime abord, ne semble pas très compliqué: au lieu de faire fonctionner le moteur thermique sous un rapport air/carburant stœchiométrique, on le fait tourner sous un mélange appauvri. Avantage collatéral du procédé, la bougie d’allumage devient superflue, puisque le mélange air-essence peut entrer en combustion uniquement grâce à la compression élevée atteinte dans ses cylindres. Malheureusement, les nombreux moteurs expérimentaux développés ces dernières années ont révélé que la pratique réservait toujours quelques surprises. D’une part, il n’est pas aisé d’allumer un mélange pauvre et, d’autre part, il risque de se pro-duire une combustion détonante, autrement dit du cliquetis. En outre, l’excédent d’air est susceptible d’engendrer de nouveaux problèmes liés à la dépollution.

Mercedes, le pionnier
Alors que la plupart des bureaux d’études de l’industrie automobile n’en sont encore qu’au stade de développement de la technologie, deux constructeurs automobiles sortent du lot: en 2007 déjà, des techniciens Mercedes créaient la surprise en dévoilant un moteur hybride né de l’union d’un moteur essence avec un diesel, le Diesotto; malheureuse-ment, la plage d’utilisation de ce dernier était si étroite en mode pauvre que les ingénieurs du groupe allemand ont jeté l’éponge.

Le Skyactiv-X de Mazda (à gauche) combine les avantages d’un essence à ceux d’un diesel. Le système d’injection haute pres-sion (ci-dessus) délivre jusqu’à 700 bar.

Mazda, le réalisateur
Récemment, un système HCCI a refait surface. Pas dans un simple prototype, mais bien dans une voiture de série, en l’occurrence une Mazda! La clé du fonctionnement de cette nouvelle technologie réside dans l’utilisation d’une bougie d’allumage conventionnelle. C’est pourquoi le constructeur japonais parle de moteur SPCCI (Spark Plug Controlled Compression Ignition). Celui-ci se distingue par une plage de charge et de régime jamais atteinte à ce jour, allant jusqu’à un lambda 3, c’est -à-dire un mélange très pauvre. En revanche, lorsqu’il est en phase de montée en température (et en cas de fortes sollicitations), le moteur tourne grâce à une bougie d’allumage conventionnelle, au rapport stœchiométrique (lambda = 1). Mazda est ainsi le premier constructeur à maîtriser la transition entre allumage commandé et allumage par compression. Bien qu’il brûle de l’essence, le moteur s’inspire très fortement du cycle diesel. Avec 16,3:1, son taux de compression est beaucoup plus élevé que pour tous les autres moteurs à quatre temps. De plus, la puissance d’injection maximale de 700 bars est, au minimum, deux fois plus élevée que celle d’un moteur à essence conventionnel. Le système à haute pression avec injections multiples par piézo-injecteurs a d’ailleurs été mis au point avec le concours de Denso, le spécialiste japonais du diesel.Avantage du moteur Otto: en vertu du mélange homogène et de la basse température de combustion, la formation de NOx reste réduite. Ainsi, contrairement au diesel, le Skyactiv-X peut non seulement se passer de catalyseur, mais aussi d’une quelconque injection d’urée, et ce même s’il fonctionne fréquemment avec un excédent d’air. Pour obtenir une consommation encore plus basse, Mazda combine le moteur SPCCI à un système se-mi-hybride de 24 V composé d’un alternodémarreur entraîné par courroie.

Longtemps oubliée, la technologie du moteur essence à allumage en préchambre de combustion est revenue sur le tapis du bureau d’études allemand IAV.

Perfectionnement en Allemagne
Dans le même esprit que le système SPCCI de Mazda, le bureau d’études allemand IAV s’attelle à perfectionner un concept de combustion qui remet au goût du jour un concept vieux d’au moins un siècle: l’allumage en préchambre de combustion. Certes, de gros moteurs à gaz ainsi que les propulseurs de formule 1 fonctionnent d’ores et déjà selon ce principe, mais c’est la première fois que l’on parle de l’installer sous le capot de la voiture de monsieur Tout-le-monde. Au même titre que le HCCI, les avantages sont nombreux: peu onéreux, il permet d’améliorer le rendement du moteur à combustion comme le témoignent les premiers résultats obtenus sur un moteur monocylindre, dont la consommation de carburant aurait été réduite jusqu’à 8%, selon le cycle WLTP. L’allumage en préchambre de combustion fonctionne comme suit: une soupape d’injection dédiée se trouve dans la petite préchambre, au pied de la bougie d’allumage. Elle engendre un mélange stœchiométrique qui s’allume sans aucune difficulté. Sous l’effet de la montée en pression, des flammes pénètrent dans la chambre de combustion principale au travers de petits orifices. Là, ils y font s’allumer et brûler un mélange très pauvre. Grâce à la compression qui peut encore augmenter dans le moteur à préchambre et de l’avance à l’allumage que l’on peut accroître, on obtient un gain de rendement autorisant soit une économie de carburant additionnelle soit une hausse de la puissance maxi-male. Le rendement thermique pourrait ainsi at-teindre les 45%. Seul le moteur diesel autorisait jusqu’alors une telle efficience. Un autre avantage du concept de ce moteur Otto à préchambre de combustion est le faible niveau d’émissions d’oxyde d’azote ainsi qu’un système de traitement des gaz d’échappement relativement simple.


Et sur la route?

Aux régimes inférieurs, le Skyactiv-X installé sous le capot de la Mazda 3 se distingue par sa très grande douceur de fonctionnement ainsi qu’une absence quasi totale de vibrations. En clair, l’auto accélère sans à-coups, mais avec un punch plutôt limité, et ce à cause du mélange appauvri et de l’absence de turbo. Aussi, s’ils souhaitent profiter d’une voiture dynamique, les amateurs de conduite sportive devront absolument faire monter le moteur dans les tours. A ce propos, il faut savoir que ce dernier n’hésite pas à flirter avec la zone rouge, non sans laisser entrevoir son potentiel plutôt flatteur: puissance maximale de 180 ch à 6000 tr/min. C’est donc au conducteur de décider si le Skyactiv-X est plus proche du diesel ou de l’essence.

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