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L'évolution des moteurs de voiture

Dernière modification : 09/05/2023 - 9

La consommation de carburant étant devenue une obsession pour les constructeurs (règlementation oblige), les moteurs ont subi tout un tas de modifications ces dernières années. Essayons d'isoler les principales dans cet article.

La plus grosse tendance actuelle est de réduire la cylindrée des moteurs, et cela coute que coute. On appelle cela le "Downsizing"qui veut littéralement dire réduction de la taille. Il y a aussi une tendance qui consiste à greffer tout un tas d'éléments pour réduire la pollution, hélas cela a des conséquences sur la fiabilité.

Pourquoi les motoristes réduisent la cylindrée

Cette réduction de cylindrée a pour principal objectif la réduction de la consommation en carburant car un petit moteur consomme logiquement moins qu'un gros (bien que cet article prouve que les petits moteurs peuvent consommer beaucoup) ... Les moteurs sont toutefois paramétrés pour réussir en premier lieu la mesure de consommation du cycle WLTP.
Cependant, techniquement parlant les choses ne sont pas aussi simples puisqu'il faut compenser cette perte de cylindrée par quelque chose si on ne veut pas se retrouver avec un moteur amorphe. Surtout que les voitures modernes sont de plus en plus lourdes.

Pour résumer les 1.9 / 2.0 se transforment en 1.6, les 1.6 tendent vers des 1.2 / 1.3 en perdant quelques fois 1 cylindre passant de 4 à 3 (ils ont donc moins de cylindres mais ces derniers sont souvent plus gros).

On ajoute un turbo (voire plus)

La réduction de la cylindrée doit être compensée dans un premier temps par l'ajout d'un turbo. Celui-ci va permettre au petit moteur de pouvoir absorber plus de carburant et de comburant en même temps, comme si c'était un gros moteur finalement ! Plus vous monterez dans les tours plus le turbo (qui marche grâce aux gaz d'échappement)  gavera d'air le moteur. Conséquence, il faut aussi envoyer plus de carburant pour garder le bon ratio. De ce fait, les moteurs turbocompressés sont très énergivores quand vous allez chercher la puissance dans les hauts régimes. Et l'avantage énorme pour les constructeurs est que le cycle d'homologation NEDC ne vas jamais chercher ces hauts régimes ... D'où des consommations annoncées de plus en plus fantaisistes !
Même pire, les moteurs atmosphériques plus anciens seraient plus économes dans les tours que les petits downsizés censés "sauver la planète". Le système actuel est assez hypocrite et pervers.
Notez au passage que BMW propose désormais un moteur avec 4 turbos : 750d.

En envoyant de l'air à haute pression dans la chambre de combustion, le turbo permet d'accroitre le rendement. Car plus il y a d'air et plus la combustion est importante. Par exemple, quand vous mettez une bougie dans une bouteille elle s'éteint (pas assez d'air), quand vous soufflez sur des braises elles rougissent. Un turbo est plus ou moins efficace selon sa conception et selon la cartographie moteur contrôlée par le calculateur (wastegate). Enfin, plus on met d'air dans la chambre de combustion, plus on a besoin de carburant pour arriver à une même puissance. A noter que le turbo existe depuis très longtemps mais il est désormais poussé à des régimes et pressions vraiment très élevés.

Admission variable

injection haute pression

Pour pouvoir encore réduire la consommation, il faut pouvoir envoyer le carburant le plus "justement" possible: il faut le doser au mieux et l'injecter de manière à le vaporiser le plus finement. Pour cela on fait appel à une injection directe qui place l'injecteur directement dans la chambre de combustion. De plus, on s'aide d'une rampe commune d'accumulation (VW a tenté l'injecteur pompe mais l'a abandonné depuis une dizaine d'années) pour pouvoir atteindre de plus grandes pressions. Enfin, les injecteurs sont plus précis que jamais, avec une sensibilité accrue aux impuretés qui se situeraient dans le carburant.

Avec la généralisation de l'injection directe l'injection haute pression est devenue indispensable. Impossible de bien vaporiser le carburant dans les chambres sous pression sans cela. De plus on peut fonctionner en mélange pauvre et stratifié pour réduire encore plus la consommation.

Réduction du nombre de cylindres

La réduction du nombre de cylindres amènent tout un tas d'avantages pour celui qui cherche à réduire la consommation. Tout d'abord le moteur sera moins lourd, et donc on abaissera un peu les besoins énergétiques liés à la masse du véhicule. On réduira aussi la surface de frottement au niveaux des pistons / segments puisqu'il y a moins de cylindres.
Les trois cylindres auront donc généralement un arbre d'équilibrage pour limiter les vibrations, et cet artifice existe d'autant plus que le moteur est puissant (les versions les plus modestes n'en n'ont généralement pas).

Pistons en acier

Certains constructeurs commencent à vouloir remplacer leurs pistons en aluminium par des versions en acier. En effet, et même si l'acier a comme inconvénient d'être plus lourd, sa plus grande solidité permet de fabriquer des pistons moins épais (moins hauts). Le but est de réduire la surface de friction avec les parois des cylindre ce qui permet de limiter la perte d'énergie.

Vanne de recyclage des gaz

La vanne EGR a été introduite de manière systématique sur les moteurs modernes (essence et diesel). En renvoyant des gaz d'échappement une nouvelle fois dans les chambres de combustion, cela permet de réduire la température de combustion. La conséquence est de réduire la quantité de Nox produite par le moteur. Hélas, ce système est souvent vite grippé sur les diesels car les gaz d'échappement chargés en suies bloquent cette vanne mobile en l'encrassant ...

FAP

Le filtre à particules sert à piéger une grande partie des particules toxiques pour les rejeter sur les grands axes (régénération) ceci grâce à un système qui les brûle en particules encore plus fines. Si il est présent sur l'ensemble des diesels, il arrive désormais sur les moteurs essence. En effet, l'injection directe a amené un nouveau type de combustion : le mode stratifié. Celui-ci favorise l'apparition de particules fines.
De plus, certaines autos disposent d'un réservoir de cérine afin d'abaisser la température nécessaire à la régénération du FAP. Ce produit est alors mélangé au carburant

Additif et catalyseur SCR

Pour réduire les Nox, favorisés par les moteurs à injection directe, un procédé qui allie un catalyseur (dénommé SCR) et un additif a été mis en place : c'est l'Adblue. On se retrouve donc en plus avec un réservoir, un injecteur dans la ligne d'échappement et un catalyseur.

Pistons en acier

Certains constructeurs commencent à vouloir remplacer leurs pistons en aluminium par des versions en acier. En effet, et même si l'acier a comme inconvénient d'être plus lourd, sa plus grande solidité permet de fabriquer des pistons moins épais (moins hauts). Le but est de réduire la surface de friction avec les parois des cylindre ce qui permet de limiter la perte d'énergie.

Accessoires électriques

Alors qu'on avait l'habitude voir les accessoires entrainés par le moteur (via la courroie accessoire justement), les constructeurs font en sorte que le moteur ne perde plus d'énergie à cette tâche. Le but encore une fois est d'optimiser le cycle de consommation NEDC quitte à s'éloigner encore un peu plus de la réalité. En effet, lors de ce cycle, les organes électriques sont coupés ... Par exemple, la pompe de direction assistée n'est plus alimentée par le moteur thermique mais par un petit moteur électrique. En ligne droite il n'y aura donc pas de consommation, ce qui est parfait pour le cycle d'homologation qui évite justement les virages ... Idem pour les turbos qui pourraient devenir électriques dans l'avenir.

Si la courroie accessoire sert encore pour de nombreux organes, les constructeurs font en sorte qu'il y ait le moins d'organes possible sur son chemin ...

Et tout un tas d'autres choses

Fiabilité des moteurs modernes ?

Si il n'y a pas d'hécatombe pour le moment, la fiabilité des moteurs récents semble être compromise à long terme. En effet, rien que l'ajout d'un turbo rend les choses incertaines. Ce dernier subit énormément de contraintes, et même de qualité il aura du mal à vivre aussi longtemps que le moteur dans son ensemble. Le problème est qu'un soucis de turbo peut mener à la casse du moteur ...
De plus, l'ajout de vannes EGR et de FAP provoquent tout un tas de problèmes, surtout lors d'une utilisation en ville principalement (ou quand le propriétaire roule systématiquement en bas régime sur de longues périodes). Les deux ont alors tendance à s'encrasser, le FAP se bouche et la vanne EGR se bloque.
L'injection haute pression est plus sensible aux impuretés et les contraintes qu'elle subit l'empêche d'avoir une vie très serein dans la durée ...

Concernant la réduction de la cylindrée, la réponse concernant la fiabilité n'est pas évidente. Les pistons et chambres de combustion sont normalement renforcées. Il faudra donc attendre le retour des propriétaires sur le long terme pour pouvoir se prononcer sur la résistance des pistons / cylindres (une grande perte de compression dans le temps prouverait une résistance moyenne).

Hybridation

C'est une grande tendance ces derniers temps, la voiture verte rime avec électricité. Résultat, on dote l'auto de deux moyens de propulsion, un thermique et un autre électrique (voir ici pour les différents procédés). Si cela peut paraître malin dans un premier temps, il faut reconnaître au final que cela n'est pas si judicieux que cela. Pourquoi ? Car une voiture qui a deux moteurs pèse logiquement plus ! Donc une voiture hybride a besoin en moyenne de plus d'énergie qu'une voiture seulement thermique. Vous avez donc vu où est-ce que je voulais en venir ...
En dotant les autos de la possibilité de rouler sans émettre de pollution sur une petite distance, on se retrouve avec des voitures plus énergivores !
Bref, ce système ne peut qu'être temporaire ...

Tout électrique

C'est sans doute le type de moteur le plus simple et le plus fiable qui puisse exister, il s'agit de faire travailler ensemble un rotor (aimant) et un stator (bobine de cuivre) ...
Mais si le tout électrique semble être pour certains l'avenir, j'avoue toutefois avoir de gros doutes. Le temps de recharge et l'autonomie très limitée sont aujourd'hui de vrais freins. Il faudrait donc marier l'électrique et le combustible : nous en venons donc à l'hydrogène.

Hydrogène

Un peu mis de côté, la pile à combustible semble être un système parfait qui allie les qualités de l'électrique et du thermique. En effet, vous faites le plein comme sur une thermique mais utilisez un moteur électrique. Il se pourrait donc bien que ce soit ça le véritable moteur de l'avenir. Voir ici pour plus d'infos.

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