Consommation > Techniques des constructeurs pour réduire la consommation 15/01/2021

Techniques des constructeurs pour réduire la consommation


Années après années, les marques automobiles ont redoublé d'efforts pour réduire la consommation des moteurs thermiques. Bien entendu, et je préfère vous alerter tout de suite, quand je parle de redoubler d'efforts il s'agit plutôt de faire le maximum avec le minimum financier possible. Le moteur (au sens figuré ...) étant avant tout l'argent (n'ayons pas peur de le dire, sans tomber dans des travers et biais idiots), le but est de "minimiser un maximum" les coûts en recherche et développement (sans compter que modifier les chaînes de montage est très coûteux, mieux vaut produire la même chose pendant une éternité pour maximiser les économies d'échelle). C'est donc bel et bien par le biais de la pression des Etats qu'ils ont du se résigner à développer des techniques qui permettent de réduire la consommation des voitures (le moteur n'étant qu'un des moyens parmi d'autres).




De plus (car je ne souhaite pas que vous ayez une vision trop idéale comme le marketing sait si bien le faire), si les constructeurs ont amélioré l'efficience des moteurs (de manière relativement modeste, ça fait longtemps que le moteur thermique est bien maitrisé), les consommations n'ont pas vraiment chuté en raison de la hausse importante du poids des voitures (sans compter qu'intellectuellement parlant il est idiot de réduire la consommation des voitures pour d'un autre côté polluer plus en lui confèrent des équipements de confort très énergivores à fabriquer, et qui alourdissent en plus la voiture !).
Et enfin, le jeu ici n'est pas de proposer une consommation la plus réduite possible dans les conditions réelles, mais plutôt de passer au mieux l'examen de passage, à savoir les cycles NEDC et WLTP. Le jeu des cycles d'homologation amène des données trompeuses pour le consommateur, à savoir un niveau de consommation extrêmement bas sur les pancartes descriptives.


Mais venons-en aux faits, quelles sont les principales méthodes et techniques que les constructeurs emploient pour réduire la consommation de carburant ?

A lire aussi :

Côté moteur


Il me semble logique de commencer du côté du moteur, et il s'agira pour beaucoup d'entre vous de banals rappels (ceux qui ont un peu la fibre passionnelle pour la mécanique automobile).
C'est le genre de sujet qu'il faut que j'attaque bien car quand le thermique disparaîtra il ne me servira plus à rien de parler de tout cela. Et a priori on est vraiment sur la fin.


Taux de compression

Le taux de compression représente l'importance à laquelle le piston comprime l'air quand il remonte (soupapes fermées donc). Plus on l'accroît plus on a un bon rendement moteur, le problème étant juste qu'on risque l'auto-allumage (car comprimer de l'air le fait chauffer, jusqu'à pouvoir enflammer le carburant !).

Notez que certains dispositifs astucieux permettent de rendre la compression variable. Il y a aussi des gens qui s'amusent à jouer avec ce phénomène d'allumage par compression sur les moteurs essence pour essayer d'avoir certains avantages du diesel, tel le moteur Skyactiv-X.

Injection


Les anciens carburateurs ont disparu au profit de l'injection mécanique ou électronique plus économe en carburant car moins grossier dans sa manière de fonctionner. Le dosage est ici plus précis et sa manière de fonctionne induit moins de gâchis (avec un carburateur il suffit par exemple d'appuyer sur le pédale d'accélérateur, voiture coupée, pour quand même perdre du carburant par évaporation, assez rustique comme dispositif)

Injection directe


Si au début l'injection était indirecte, avec même un seul injecteur dans la tubulure d'admission, on a vu par la suite la généralisation de l'injection directe (d'abord sur les diesels puis sur les essences par la suite).
Ici on injecte plus dans le collecteur d'admission mais directement dans le cylindre. Injecter à cet endroit a induit de devoir faire appel à de l'injection haut pression, car mélanger le comburant et le carburant dans le cylindre (en phase de compression notamment) est plutôt difficile sans avoir quelques muscles !


Cette injection directe permet de réduire la consommation dans le fait qu'on peut plus facilement appauvrir le mélange, et surtout on peut ajuster la richesse à la volée selon le régime et la charge (c'est le calculateur qui gère tout ça). On peut aussi générer une injection/combustion stratifiée, à savoir qu'on injecte une petite concentration de carburant au centre du cylindre pour ne pas avoir à le remplir totalement (ce qui économise du jus).
Le souci de l'injection directe est qu'elle génère des combustions sales, le mélange air / carburant n'étant pas aussi homogène que sur de l'indirecte ... Résultats, les résidus de combustion sont une belle bouillie de mauvaises choses, notamment les particules fines qui représentent une véritable calamité au niveau sanitaire. Et c'est sans oublier le NOx, car le mélange pauvre induit des combustion chaudes qui favorisent leur création (la vanne EGR permet de limiter un peu cela en renvoyant des gaz dans les cylindres. Contrairement au comburant ça étouffe la combustion, et donc ça réduit sa chaleur).
Pour résumer, l'injection directe permet de réduire un peu la consommation (et donc le CO2) mais en contrepartie on a affaire à des gaz d'échappement bien plus nocifs (il est pas beau le "progrès" ?). Et en contrepartie il faut une pompe haute pression et notamment une rampe commune (qui permet de grosses pressions tout en conférant un agrément moteur meilleur).

Soupapes variables


Les distributions variables permettent de modifier l'ouverture (temps et amplitude) des soupapes pour améliorer l'efficience du moteur sur l'ensemble de la plage de régime.

Turbocompresseur


Avant de servir pour la puissance, le turbo sert aussi et surtout à réduire la consommation de carburant. En permettant d'insérer plus "d'énergie" dans les cylindres à bas régime (si je peux mettre plus de comburant je peux donc aussi accroître le carburant), on a donc plus de puissance dès les premiers tours du moteur, ce qui permet d'éviter à avoir à aller trop haut dans les tours pour avoir de la puissance. Résultat, quand on conduit un moteur turbo on est généralement plus bas en régime (régime = nombre de fois où le moteur boit un coup, mieux vaut le réduire donc) en moyenne. Et même si ces bas régimes sont plus énergivores (car on remplit les cylindres avec plus de carburant), au final l'avantage est là en conduite normale (en conduite sportive c'est l'inverse, le moteur turbo va engloutir encore plus qu'un atmosphérique ! Normal puisque c'est un moteur dopé, ce n'est pas pour rien qu'on parle de moteur suralimenté).

Petites cylindrées (downsizing)

A lire : pourquoi les petits moteurs peuvent consommer beaucoup.


Le turbocompresseur a permis de proposer des moteurs à plus petites cylindrées, et surtout ils permettent d'avoir d'excellents scores aux cycles normalisés NEDC et WLTP.
En effet, ces cycles étant faits à des régimes assez bas, le turbo n'est pas très sollicité et donc le moteur n'est pas trop gavé en air et carburant (= consommation de plus d'énergie). En gros, si j'ai un 1.2 turbo de 110 ch, sur le cycle ce moteur s'apparentera plutôt à un moteur de 60 ch de petite cylindrée (on ne sollicite le moteur que sur le bas de la zone de la courbe de puissance).

Coupure des cylindres

Tel le dispositif ACT des moteurs TSI, le but ici est de pouvoir faire tourner le moteur sur la moitié de ses cylindres quand le besoin en puissance est limité (vitesse stabilisée par exemple). On a alors des cylindres qui ne sont plus alimentés et sur lesquels on ouvre en grand les soupapes (sinon on a une pompe qui force contre le moteur ...), cela grâce à des dispositifs proches des soupapes variables.

Adaptation du circuit de refroidissement


Les ingénieurs font désormais en sorte que les moteurs chauffent le plus vite possible afin d'atteindre leur meilleur rendement plus rapidement. En effet, à froid les pièces internes n'ont pas encore leur bonne taille, à savoir qu'elles doivent se dilater pour atteindre un taux de compression optimal.
Pour cela on essaie d'avoir un circuit en amont du calorstat le plus petit possible, afin que l'eau chauffe le plus vite possible (même dispositif avec l'huile, avec parfois un calorstat aussi). Cela s'incarne aussi par des obturateurs devant le radiateur de refroidissement, des volets qui permettent de laisser passer l'air ou pas. Fermé, l'air n'agit pas sur le radiateur et l'eau chauffe plus vite.
Notez que ces dispositifs sont encore plus avancés et étudiés sur les voitures hybrides, car la plus faible sollicitation du moteur induit une usure plus rapide de ce dernier (c'est assez cauchemardesque pour un ingénieur, car il est contre nature pour un moteur thermique de ne fonctionner que par intermittence, contrairement à un moteur électrique qui s'en délecte).
N'oublions pas, avant de conclure, que le préchauffage sert aussi à ça sur les diesel (il reste allumé moteur tournant pour accélérer la chauffe).

Piston acier

L'idéal est de réduire la surface de friction du piston contre le cylindre, il faut donc réduire sa longueur ... Pour cela on utilise de l'acier qui en étant plus solide permet de réduire la hauteur de la partie du piston qui "frotte".

Moteur en aluminium

Si le moteur est en aluminium il est plus léger, et donc on bénéficiera d'une économie de carburant lié à cette réduction des masses suspendues.


Revêtement des cylindres

Destinés à la fois à réduire la friction ou encore mieux accepter les fortes chaleur du mélange pauvre (ce qui permet donc d'être en mode pauvre plus longtemps !), le revêtement des cylindres a son importance.




Périphérie du moteur

Passons maintenant aux éléments qui entourent le moteur.

Rapports de boîte


C'est l'une des ficelles les plus efficace et des plus faciles à mettre en oeuvre, les fameux rapports de démultiplication de chacun des rapports. Ici ils sont avant tout choisis et mis au point pour les cycles d'homologation des consommation, c'est pour cela que les voitures modernes sont souvent décevantes d'un point de vue agrément. On croit que c'est le moteur qui est linéaire et trop paresseux, mais en vérité c'est lié à des rapports de boîte mal fichus (un peu comme sur un vélo, si je vous met sur une vitesse trop grande, vous allez peiner à accélérer, et la cause ne sera pas liée à vos guiboles mais bien à un rapport mal choisi).
Concernant les boîtes automatiques c'est la même chose sauf qu'en plus le calculateur est réglé en "mode rat", à savoir qu'il privilégie trop les sous-régimes pour réduire la consommation (désagréable).

Electrification massive (direction etc.)

Si le moteur anime tout un tas d'accessoires grâce à une courroie (qui porte le même nom : courroie accessoires), cela lui prend hélas de l'énergie (tout le monde le sait grâce à la climatisation) ...
Le but est donc ici de rendre un maximum de choses électriques pour que ce ne soit plus au moteur de s'en charger : direction assistée, compresseur de clim électrique, alternateur qui se débraye le plus souvent possible etc.


N'oublions pas de mentionner aussi le turbo, qui amène une résistance au niveau de la sortie d'échappement (gêner la sortie de ces flux réduit un peu l'efficience). On commence alors à sortir des turbos électriques qui n'ont donc plus besoin des gaz d'échappement pour tourner.


Voici un turbo électrique

Hybridation légère


C'est la dernière chose à la mode, à savoir l'hybridation 48V. Le but ici est de ne plus limiter l'alternateur à n'être qu'une génératrice électrique ... En effet, ici il pourra devenir un petit moteur qui cette fois donnera de l'énergie au moteur (et non uniquement l'inverse comme sur les voitures classiques de tout temps). Cette petite aide permet de réduire environ de 10% la consommation.

Stop and Start


Exactement dans la même lignée que l'hybridation légère (sauf qu'ici l'alterno-démarreur se limite à bouger que pour démarrer le moteur), le stop and start permet donc d'éviter de rejeter du CO2 inutilement à l'arrêt. Le souci est que la majorité des gens n'aime pas l'agrément de la chose (surtout sans alterno-démarreur, car beaucoup de versions utilisent le démarreur classique côté volant moteur) et le coupe systématiquement ...

Transmissions intégrales non permanentes

Elles sont finies les transmissions intégrales permanentes, il est trop énergivore d'entrainer de manière permanente toutes les roues sachant que ça ne sert à rien 98% du temps ... Ici c'est le calculateur qui initiera d'embrayer le train supplémentaire en cas de besoin (arrière sur une transversale et avant sur une longitudinale, sauf Audi qui est de manière originale en longitudinale / avant ...).
Le meilleur exemple est Audi avec son Quattro qui devient Quattro Ultra.

Autres astuces

Pneumatiques de plus en plus fins

Une astuce très facile à mettre en place est de réduire la friction au sol, à savoir le contact de l'auto au sol. Et pour ça rien de plus simple, on met des pneus plus fins et aussi à faible résistance (sculptures destinées à réduire le contact sur la route). Le souci est que cela impacte directement la sécurité ... Et par exemple un X3 BMW se chausse à partir de 225 mm contre 245 mm auparavant. Je donne aussi souvent comme exemple le Scenic 4 et ses pneus limités à 195 mm malgré une grosse esbroufe du côté de ses 21 pouces.

Suspension adaptative

Les véhicules dotés de suspension pneumatique ont quasiment systématiquement un calculateur qui induit le rabaissement de l'assiette en prenant de la vitesse, cela pour réduire la traînée et donc la consommation.

Aérodynamisme


Comme vous vous en doutez, l'aérodynamisme est lui aussi poussé dans ses retranchements. Malgré tout, ça fait un bail qu'on propose des Cx déjà bien optimisés (il ne faut pas croire qu'on a tout découvert ces dernières années ... Chose que cherche trop çà faire croire le marketing. L'Homme faisait des machines exceptionnelles qui peuvent rivaliser avec celles d'aujourd'hui déjà dans les années 90, il ne faut pas se laisser berner par le faux progrès). Mais l'ironie du sort est que, si on a un peut améliorer le Cx, on a en revanche perdu des points côté sCx à cause de la généralisation des SUV (l'Homme est pourtant censé être une espèce intelligente ?).
Bref, ne vous laissez pas trop non plus berner par le Cx, le marketing adore jouer sur ça ... C'est bien le sCx qui compte dans la réalité.

Aides à la conduite

Des indicateurs au tableau de bord permettent de vous aider à améliorer l'efficience de votre conduite en vous disant quand passer le rapport et en vous donnant une note pour savoir si vous agissez de manière judicieuse ou pas.






Tous les commentaires et réactions


Dernier commentaire posté :


Par Timéo (Date : 2021-01-17 18:41:20)

Intéressant sujet. Juste une remarque, à propos de votre exemple du Scenic 4, et de ses jantes 21', ou de la BMW i3, il n'y a aucun impact sur la sécurité, car la surface au sol n'est pas plus faible qu'avec des jantes plus larges, mais de diamètre inférieur. En revanche, la trainée aérodynamique de ces roues est plus faible. La BMW i3 comme le Scénic 4 freinent aussi bien que les voitures de leurs catégories, équipées de jantes de 215mm de large, en 17 ou 18'.

Il y a 3 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Ray Kourgarou TOP CONTRIBUTEUR (2021-01-18 11:57:47) : Bonjour,
    je comprends mieux maintenant pourquoi ma 309GR 1.6 essence d'à peine 900 kilos boit un peu plus de 8 litres de super en conduite "pépère" même sans attaquer le 'point dur' de sollicitation du double-corps à l'accélérateur.
    Je "savais" bien un peu mais quelques précisions sont bienvenues.
    J'imagine bien qu'en conduite "sportive"(*) ou sur autoroute à 130-140 je vais taquiner les 10L/100. 🤔

    (*) on ne rigole pas, merci... 🙄
  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-01-18 15:41:48) : Je ne suis pas d'accord pour ma part, et je ne cherche pas à affirmer quoi que ce soit.

    LA largeur est primordial pour le grip sur le sec (sur neige et sol détrempé il faut au contraire des pneus fins, mais ça concerne encore une autre problématique physique, à savoir "trancher" l'eau ou la neige plus facilement pour que le pneu touche la route).

    Bref, je préfère avoir du 17 pouces de 225 mm de large que du 21 pouces de 195 mm. Je persiste et signe 10 fois ;-)
    L'accroissement du périmètre amène moins de surface en contact sur le sol que d'accroître la largeur de gomme.
    Dans ce cas il vaudrait mieux que les F1 est des pneus de 155 mm, elles gagneraient beaucoup en pointe et en consommation ;-)
  • Par Timéo (2021-01-29 00:22:03) : La relation entre accroissement du diamètre vs diminution de la largeur, ça se calcule, ce que savent faire les ingénieurs, et si les véhicules dotés de ces roues se comportent aussi bien que ceux équipées de roues plus larges (2 à 3 cm), ce n'est pas par magie. La différence de circonférence, de 17 à 21 pouces avoisine les 30 cms, et la différence de largeur est bien compensée par l'accroissement de la longueur au sol. La problématique des F1 n'a rien à voir, les pneus larges permettent d'avoir des pneus plus bas, donc aussi un centre de gravité plus bas, ce qui est essentiel pour elles. Augmenter leur diamètre relèverait la hauteur des moyeux, forcément, donc aussi celle de la mécanique.. La mode des SUV n'a pas encore atteint la F1.

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