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Mazda a l'intention de vendre des moteurs à essence avec un taux de compression de 18:1.


Le nouveau siècle est arrivé, et la préoccupation pour l'environnement et les prix des combustibles fossiles nous ont fait réagir. D'un côté est apparue l'obsession électrique, de l'autre, l'évolution des moteurs à combustion et l'hybridation.

Le "bon" côté des moteurs électriques est qu'il est relativement facile et peu coûteux de fabriquer un moteur capable de fonctionner avec un rendement proche de 90, voire de 95 %. C'est-à-dire que nous tirons parti de 95 % de l'énergie dont nous disposons. Mais cet avantage devient un inconvénient sur un autre plan : Il est difficile de stocker l'énergie électrique, mais il est très facile de stocker l'énergie sous forme de carburant. Les batteries sont chères et prennent beaucoup de place, tandis que le carburant est bon marché et prend peu de place en proportion.


Pendant que l'humanité s'efforce de résoudre le problème fondamental du stockage de l'énergie dans des batteries de manière plus efficace, moins encombrante et moins coûteuse, nous n'avons d'autre choix que de continuer à améliorer les moteurs à combustion, surtout si nous voulons atteindre nos futurs objectifs en matière d'émissions, et si nous voulons tirer le meilleur parti de chaque goutte de carburant.

À cette fin, au cours de la dernière décennie, nous avons vu un torrent d'innovations arriver chez les concessionnaires. Turbocompresseurs, injection directe, hybridation... Parfois, les constructeurs ont été obsédés par les critères légaux et d'homologation, concevant des solutions qui brillent dans les laboratoires, mais qui laissent à désirer en termes de sensations de conduite, tout en rendant les moteurs plus chers et trop compliqués.

Et puis il y a Mazda. Pour tout amateur d'ingénierie, la marque japonaise d'Hiroshima reste un sanctuaire où tous les préceptes sont remis en question, depuis les plus élémentaires. Le programme SkyActiv est né sous cette approche de remise en question de tout ce qui est établi, et de là sont nés les moteurs à essence conventionnels dans sa définition (atmosphérique à ce jour), qui étaient capables d'être beaucoup plus efficaces que ceux des marques concurrentes, mais qui avaient aussi des avantages évidents : non seulement ils parviennent à être efficaces en laboratoire, mais en utilisation réelle, sur la route, ils remplissent leurs promesses avec une réponse qui, en règle générale, est plus agréable que les hélices avec mille ajouts technologiques à bord.


Comment y parviennent-ils ? Eh bien, en regardant les choses logiquement : de quoi dépend le rendement d'un moteur à essence ? Sur le papier, en théorie, elle dépend exclusivement du taux de compression du moteur. Plus le taux de compression est élevé, plus le rendement est important.

Je pourrais passer des heures et des heures ici à vous donner un bref cours sur le cycle d'Otto et le cycle théorique de Carnot, mais je ne vais pas vous embarrasser de chiffres et de formules. En gros, je peux vous dire que la science, les mathématiques, nous disent qu'un moteur à essence à cycle d'Otto (un quatre temps de toute vie), a une efficacité théorique maximale d'environ 75% (l'approximation vaut pour la gamme de température que nous pouvons utiliser, mais c'est un chiffre assez proche de la réalité). En d'autres termes, nous pouvons utiliser au maximum les trois quarts de l'énergie du combustible.

Plus le taux de compression est élevé, plus nous nous rapprochons du rendement maximal théorique de 75 % d'un cycle Otto. Et que se passe-t-il avec le reste de l'énergie du carburant ? Eh bien, c'est dissipé sous forme de chaleur. Chaleur dans les gaz d'échappement, et chaleur dans la friction (friction entre le piston et les parois du cylindre, chaleur dans le liquide de refroidissement du moteur, chaleur dans les roulements du moteur, les arbres à cames, et ainsi de suite). Même l'aspiration de l'air dans le moteur et sa combustion génèrent de la chaleur, car l'air d'admission se réchauffe, et cette chaleur est une énergie perdue.

Mazda poursuit sa croisade pour prolonger la durée de vie des moteurs à combustion en les améliorant à partir de leur précepte le plus fondamental : la conception de la chambre de combustion.

Pour atteindre cette utilisation théorique maximale de 75 % de l'énergie du carburant, il faudrait travailler avec un taux de compression proche de 22:1. Vous pouvez vous demander pourquoi les fabricants de moteurs ne l'utilisent pas alors. La clé est la détonation incontrôlée.


Pour qu'un moteur fonctionne comme nous le souhaitons, le mélange carburant/air à l'intérieur doit brûler quand vous le souhaitez, et non pas quand vous le souhaitez. Nous avons besoin que tout explose et que le travail s'applique lorsque nous pouvons l'utiliser pour faire bouger les roues, lorsque le piston est prêt à commencer à descendre. Si l'explosion se produit avant, nous pouvons perforer le piston, et nous n'exploiterons pas l'énergie du carburant. Si l'explosion se produit trop tard, le taux de compression effectif (le taux réel) sera plus faible.

Il y a encore quelques années, l'état de l'art dont nous disposions sur la planète Terre était tel que nous ne pouvions pas utiliser des taux de compression supérieurs à 8:1. Eh bien, parce que dès que nous comprimions davantage le mélange air/essence, il explosait de manière incontrôlable.

Grâce à l'évolution de l'électronique, nous avons pu disposer de capteurs plus précis, et surtout, de simulations informatiques qui nous ont permis de comprendre de mieux en mieux comment se déroulait la combustion dans la chambre de combustion. Comprendre ce qui se passe à l'intérieur de la chambre de combustion d'un moteur peut sembler "facile", mais la réalité est qu'aujourd'hui encore, nous ne maîtrisons pas parfaitement ce qui s'y passe, ni comment le mélange s'enflamme, comment le front de flamme se propage et comment tout cela pousse le piston. Pensez que cela se produit en quelques millisecondes lorsque le moteur tourne à haut régime.

En raison de ce manque de contrôle et de connaissances, on a utilisé des carburants à haut indice d'octane, avec des additifs qui limitent la possibilité que le mélange explose avant l'étincelle, tout en utilisant des taux de compression conservateurs. Ainsi, comme nous ne savons pas bien concevoir les chambres de combustion, nous utilisons des taux de compression conservateurs.


Mazda a remis tout cela en question et a passé d'innombrables heures à étudier des chambres de combustion réelles et simulées par ordinateur. Il a évalué la façon dont le front de flamme se propageait, les points chauds du moteur, et a travaillé avec l'injection directe et une conception soignée de la tête du piston pour pouvoir augmenter le taux de compression du moteur à essence à 14:1.

En conséquence, les moteurs SkyActiv à aspiration naturelle de Mazda ont atteint, au cours de leurs deux premières générations, des niveaux de consommation, d'émissions et d'efficacité comparables à ceux de leurs rivaux turbocompressés, mais avec une réponse à l'accélérateur beaucoup plus linéaire, progressive et dosée. Et avec l'avantage supplémentaire que ce sont des moteurs avec une fenêtre de fonctionnement beaucoup plus large : ils consomment peu à une large gamme de charges d'accélération, et ne sont pas conçus pour briller dans les tests et échouer dans la vie réelle.

Mais les efforts de Mazda ne s'arrêtent pas là. L'entreprise a glissé de nouveaux détails sur la troisième génération de ses groupes motopropulseurs, et elle l'a fait en promettant une amélioration de l'efficacité pour la porter à 60 %. Si cette promesse est vraie, nous serions face au moteur à essence le plus efficace du marché.

Comment comptent-ils atteindre cette efficacité ? En portant le taux de compression à 18:1, avec de l'essence conventionnelle. Cela ressemble à une mission impossible, mais avec l'injection directe d'essence et une conception correcte de la chambre de combustion, Mazda fait le pari que cela fonctionnera, en se basant sur l'utilisation de la technologie HCCI, ou ce qui revient au même, la combustion sans bougie. Mazda prévoit l'autodétonation du mélange, atteint la compression de 18:1, comme si le moteur était un diesel, sans utiliser la bougie d'allumage, mais en contrôlant la combustion de manière à ce qu'il n'y ait aucun problème.

En outre, il est également question de "récupérer la chaleur des gaz d'échappement pour améliorer l'efficacité". Qu'est-ce que cela signifie ? Eh bien, il parle de l'utilisation des turbocompresseurs de manière voilée. Le rôle d'un turbocompresseur est de prendre l'énergie des gaz d'échappement (sous forme de chaleur et de vitesse) et de les refroidir. L'énergie qu'ils captent est utilisée pour donner de l'énergie à l'air d'admission, ce qui réduit les pertes globales du moteur.

De toute évidence, la réduction des 50 grammes de CO2 émis par kilomètre que Mazda souhaite pour ses moteurs impliquerait de les suralimenter avec des turbocompresseurs, même si la société préférerait peut-être faire quelque chose à la manière d'une Porsche 919 Hybrid, pour ne pas perdre la sensation du moteur à aspiration naturelle.

La 919 Hybrid, si vous vous en souvenez, utilise un générateur électrique composé d'une turbine installée dans le tuyau d'échappement qui entraîne une sorte d'alternateur. Bien entendu, pour tirer parti de cette énergie captée, il faut disposer d'un endroit pour la stocker (batterie ou supercondensateur), puis de quoi l'utiliser (moteur électrique associé au vilebrequin ou aux roues).

Quoi qu'il en soit, atteindre une efficacité de 60 % sera une étape clé pour parvenir à des voitures dont la consommation de carburant avoisine les deux litres aux 100 kilomètres sans système hybride, et qui respectent les exigences en matière d'émissions qui seront bientôt imposées par l'Union européenne.

La dernière échappatoire pour les amateurs de voitures à moteur à combustion traditionnel ? Probablement.



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