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Downsizing : solution miracle pour consommer moins ?

Dernière modification : 19/10/2019 - 20

Personne ou presque n'a pu passer à côté du downsizing, à savoir la réduction de la cylindrée des moteurs modernes. Cependant, il semblerait que cette méthode ne soit pas si miraculeuse que cela ...

Le but du downsizing

L'objectif unique du donwsizing est de réduire les consommations de carburant, l'agrément n'est pas du tout visé même si le but est de proposer des moteurs le plus agréable possible. Le downsizing n'a pas été décrété par les constructeurs du jour au lendemain sans raison particulière, ils n'étaient d'ailleurs pas forcément très emballés à réduire la taille leurs moteurs puisque cela compliquait son fonctionnement et la mise au point de la fiabilité.
Pour cela ils ont réduit le volume des chambres de combustion (ou le nombre de chambres) afin de limiter les quantités de carburant à injecter dans ces dernières. Car plus c'est petit moins il y a de carburant à injecter pour remplir la chambre. De plus cela allège la voiture, ce qui réduit encore la consommation.

Réduction de la cylindrée ou du nombre de chambres de combustion ?

Il y a en effet deux types de downsizing. Le premier fut de réduire tout simplement le volume des chambres de combustion afin d'avoir moins de volume à remplir en carburant et comburant. L'autre consiste à réduire le nombre de chambres de combustion, et donc des pistons, pour réduire les contraintes liées au frottement des pistons contre les cylindres. Car ce frottement fait perdre de l'énergie ...

A lire aussi : pourquoi les petits moteurs peuvent consommer beaucoup de carburant ?

Comment ont-ils procédé ?

Il ne suffit bien évidemment pas de réduire bêtement et simplement la taille et le nombre des chambres de combustion puisque dans ce cas on se retrouve avec un moteur tout simplement moins puissant.
Pour combler ce déficit, ils ont alors gonflé la puissance en ajoutant un système de suralimentation : le turbo principalement (le compresseur mécanique est bien plus rare). Il permet de gaver un peu plus les cylindres d'air (de comburant) afin de pouvoir envoyer plus de carburant à chaque cycle. Bref, on bourre un peu plus le cylindre d'air et de carburant afin d'avoir une détonation plus importante, et donc plus de puissance.

Mais cela ne suffit pas ... Ils ont aussi privilégié l'injection directe qui permet de mieux contrôler l'apport de carburant (dosage et timing) tout en permettant pour les moteurs essence de pouvoir fonctionner en excès d'air (comme un diesel) dans certaines situations, c'est ce que l'on appelle le fonctionnement avec charge stratifiée (voir ici pour plus d'informations).
Cette injection est désormais à très haute pression grâce à l'utilisation d'une rampe commune qui sert d'accumulateur (voir ici), car le but est de mélanger le mieux possible les carburant et comburant dans la chambre de combustion (il faut alors un "spray" très puissant qui vaporise le plus finement possible le carburant, un peu comme un Karcher qui nécessite lui aussi beaucoup de pression).

Le but ?

L'objectif est de concevoir des moteurs qui sont le plus adaptés possibles aux cycles normalisés NEDC et WLTP (permettant l'homologation des consommations). Et comme ces derniers ne demandent pas beaucoup de puissance, on fait en sorte de concevoir des moteurs qui seront optimaux à ces allures : petites cylindrées. En effet, à bas régime et quand on demande de faibles puissances, avoir une petite cylindrée permet de belles économies (le turbo ne souffle pas trop, même quasiment pas). Et dans les phases des cycles NEDC et WLTP on ne va généralement jamais demander la puissance totale du moteur (on reste dans les phases basses des courbes moteur), et donc on va rester sur des plages de régimes économes en carburant (plus énergivore avec des moteurs de grosse cylindrée).
Et pour pouvoir offrir la puissance promise à la clientèle (qui n'aura pas été exploitée sur les cycles d'homologation), on va faire en sorte que la puissance arrive un peu plus haut dans les tours avec un travail beaucoup plus important du turbo. Et quand le turbo se met à travailler la consommation explose ... Normal, il faut apporter d'autant plsu de carburant qu'il n'y a d'air qui entre dans le moteur afin de respecter la richesse.

Enfin, l'objectif unique du downsizing consiste à réduire les rejets de CO2 (qui fonctionne donc bien sur les cycles d'homologation mais pas du tout dans la réalité hélas ..). Mais ce fameux downsizing a aussi induit l'apparition de l'injection directe, et donc l'apparition massive de particules fines (mélange moins homogène dans les cylindres) et Nox (accroissement de la température de combustion).
Et en gros on peut résumer en disant que le downsizing réduit le CO2 (réchauffement planétaire) mais augmente en contrepartie les Nox et particules (santé)

Avantages et inconvénients

Si il est indéniable que la consommation est inférieure sur banc d'essai, dans la réalité la différence est un peu moins probante (car les accélérations et la demande de puissance est bien supérieure ! Les accélérations sur bancs d'essai sont incroyablement lentes, donc pas de gros besoins en puissance, ce qui favorise les petits moteurs suralimentés). En fait, il faudra garder une conduite très économique pour que cela puisse se ressentir. Si vous tirez normalement sur la mécanique, les économies sembleront fondre comme neige au soleil ... La suralimentation induisant une jolie consommation en pleine charge (le turbo accroit le volume d'air que l'on injecte dans les cylindres, il faut donc envoyer plus de carburant pour que le mélange comburant/carburant soit équilibré). Si les tests sur bancs d'essai étaient corrélés à la réalité, on verrait clairement que la différence est minime par rapport aux moteurs plus âgés.
De plus, l'agrément de ce genre de moteur est souvent inférieur, les trois cylindres vibrent, le moteur tourne moins rond (moins il y a de cylindres moins c'est régulier, ce qui donne du boulot à la poulie Damper et aux ressorts du disque d'embrayage qui doivent amortir le rythme irrégulier des pistons en mouvement) et est plus heurté (cylindrée petite donc moins de souplesse et de rondeur, injection directe haute pression et turbo qui peut parfois réduire la linéarité et provoquer des à-coups de fonctionnement).
Niveau fiabilité il est difficile de se prononcer car les retours sont peu nombreux. Toutefois une chose est certaine, l'ajout d'un turbo augmente les possibilités de pannes par rapport à un moteur atmosphérique. Concernant la résistance du petit moteur face à de plus grosses puissances, je fais cette fois-ci confiance aux ingénieurs qui ont employé des matériaux plus solides pour la conception des pistons et cylindres (reste à savoir si ils ont bien fait leur travail).

Plus polluant ?!

Sur les essences downsizés à injection directe, il existe un mode dit de stratifié (plus d'infos ici). Celui-ci permet d'abaisser la consommation en modifiant la logique d'injection (moment d'injection) à vitesse stabilisé, mais il produit énormément de particules fines ... De ce fait, les essences devront bientôt s'équiper d'un filtre à particules. Bref, voici les premiers effets pervers du downsizing ...

Mazda, BMW et Mercedes semblent penser le contraire ...

En effet, si la majorité est passée à 1.6 litres de cylindrée pour les moteurs de puissance moyenne, d'autres gardent encore des 2.0 litres, voire même des 2.2 tout en proposant des consommations aussi intéressantes voire même parfois inférieures ... Mercedes préfère d'ailleurs emprunter à Renault le 1.5 dCi pour certains modèles "écologiques" d'entrée de gamme plutôt que de développer elle-même ses propres petits moteurs. BMW commence toutefois à s'y mettre pour par nécessité afin de motoriser les Mini et entrées de gamme de la marque à l'hélice (3 cylindres 1.5 litres sur Active Tourer et Série 1 EfficientDynamics).

(Les exemples suivants sont approximatifs et non scientifiques en raison des CX qui diffèrent d'un véhicule à l'autre ainsi que leur puissance, leurs taille de jante et leurs rapports de boîte. Ils permettent tout de même de faire quelques constatations)

Prenons quelques exemples de voitures avec moteur downsizé et observons les consommations aux normes européennes :

• Mégane III BVM6 diesel 1598 cm3 130 ch : 1320 kg environ, consommation mixte de 4 litres >> ~3 litres pour 1000 kg
• Peugeot 508 BVM6 1.6 diesel 1560 cm3 115 ch : 1410 kg environ, 4.1 litres en mixte >> ~2.9 litres pour 1000 kg
• Opel Zafira Tourer BVM6 diesel 1598 cm3 136 ch : 1730 kg environ, 5.1 litres en mixte >> ~2.9 litres pour 1000 kg

Maintenant, observons-en d'autres avec des moteurs de taille plus "classique" :

• Mazda 3 III BVM6 diesel 2191 cm3 150 ch : 1320 kg environ, consommation mixte de 4.1 litres >> ~2.9 litres pour 1000 kg
• BMW Série 3 F30 BVM6 diesel 1995 cm3 163 ch : 1410 kg environ, consommation mixte de 4.1 litres >> ~2.9 litres pour 1000 kg
• Mercedes Classe C 2014 BVM6 diesel 2143 cm3 170 ch : 1550 kg environ, consommation mixte de 4.0 litres >> ~2.6 litres pour 1000 kg

Conclusion

Après avoir rapporté les consommations à 1000 kg (pour pouvoir comparer un minimum les chiffres entre ces différents modèles qui n'ont pas le même poids), on constate que les moteurs downsizés à environ 1.6 litres ne font pas toujours mieux que les bons vieux 2.0 et 2.2 litres généralement plus agréables car plus coupleux sur une plus grande plage de régime. Et c'est surtout la Mercedes qui étonne de par son rapport cylindrée/consommation, mais c'est aussi la plus récente de toutes celles présentées.

De ce fait, le donwsizing est-il la solution miracle pour réduire drastiquement les consommations de nos véhicules ? Mazda s'y refuse pour le moment pour préserver l'agrément moteur, ce qui se vérifie sur le 2.2 diesel 150 chevaux qui fait parti des meilleurs. Mercedes et BMW finissent par passer à des 1.6 diesel mais ils ont pris un peu de retard (volontaire semble-t-il) par rapport à la concurrence.

Si le donwsizing réduit de manière mathématique la consommation d'un moteur, il semble que cela ne le soit pas autant que l'on pourrait l'espérer ... La suralimentation (turbo) semble compenser en partie l'économie réalisée par la réduction du volume des chambres de combustion.

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