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Le partenaire japonais de Renault révèle les secrets de son moteur à essence qui prétend enterrer le Diesel en égalant sa sobriété. En pleine chasse aux pollueurs, cette innovation n'aurait pu tomber à un meilleur moment.

Infiniti QX Sport Inspiration et moteur VC-Turbo

Les automobilistes qui ont goûté aux plaisirs vertueux de la propulsion électrique s'étonnent de ne pas percevoir le même enthousiasme de la part des constructeurs. Ils en arrivent à croire que cette industrie plus que centenaire ne parviendra jamais à se débarrasser du moteur à explosion malodorant et qu'elle sera balayée par de nouveaux acteurs affranchis de toute tradition, tel l'Américain Tesla Motors. Or, si les promoteurs de l'électrique que sont Renault, Nissan, BMW et General Motors continuent d'investir massivement dans le développement du moteur à essence, c'est qu'il existe de bonnes raisons de le faire.

Pour commencer, la voiture 100 % électrique n'est pas pour tout le monde. Tant que ne sera pas résolu le problème du stockage du courant à coût raisonnable, ce type de propulsion souffrira d'une autonomie restreinte et d'un prix d'achat élevé. D'où l'engouement des constructeurs pour l'hybridation, sorte de moyen terme avant l'électrification totale. Or, diminuer l'impact environnemental d'une voiture hybride passe par l'amélioration de ses deux moteurs, l'électrique autant que le thermique.

Pour diminuer son appétit en carburant comme la toxicité des gaz qu'il émet, le moteur à essence n'a pas d'autre recours que d'égaler, voire dépasser le rendement thermique du moteur Diesel. Cette ambition équivaut à réduire la quantité d'énergie gaspillée sous forme de chaleur dissipée. Cela équivaut à extraire davantage de travail utile d'une quantité toujours plus faible de carburant.

Comprimer plus fort l'essence pour en tirer son énergie maximale

Pour ce faire, les motoristes travaillent depuis toujours à augmenter la pression à laquelle est comprimé le mélange d'air et d'essence. Malheureusement, cette stratégie bute contre un obstacle a priori infranchissable, le fameux phénomène du cliquetis.

A trop le comprimer, le mélange air-essence finit par s'enflammer de manière désordonnée, quand bon lui semble, sans attendre l'étincelle à la bougie. Les soupapes et les pistons souffrent de de dérèglement (échauffement anormal), tout comme la régularité du fonctionnement du moteur (à-coups, vibrations) et son rendement (perte de puissance).

L'autre point important à bien comprendre est que la sensibilité au cliquetis varie en fonction de la richesse en carburant du mélange gazeux. Lorsque la pression du pied est faible sur l'accélérateur, le mélange contient peu d'essence et peut être très fortement comprimé ; sous forte charge en revanche, sa richesse et sa température augmentent en proportion. Le cliquetis apparaît plus tôt.

La solution tombe sous le sens : voilà plus de cinquante ans que les motoristes rêvent de mettre au point un système qui ferait varier automatiquement le taux de compression du mélange en fonction de la charge de travail du moteur. Or, de tous les constructeurs lancés dans cette course au rendement, c'est Infiniti — la marque de luxe de Nissan, partenaire de Renault — qui la première à appliquer ce principe en grande série.

VC-Turbo pour Variable Compression Turbo

Annoncé au mois d'août 2016, le moteur VC-Turbo d'Infiniti (Type MR20 DDT) se dévoile en grand à l'occasion du Mondial de l'Automobile de Paris. Issu de vingt années de recherches, ce moteur à taux de compression variable (autrement appelé rapport volumétrique variable) prétend combiner la sobriété et la vigueur à bas régimes d'un 4-cylindres 2 litres turbo-Diesel au silence et à la vivacité d'un 4-cylindres 2 litres à essence. Ses gaz d'échappement contiendraient sensiblement moins de particules et d'oxydes d'azote qu'un Diesel, et son appétit en carburant serait inférieur de 27 % à celui d'un 6-cylindres essence atmosphérique de puissance équivalente. Infiniti laisse entendre que la technologie VC-Turbo pourrait tirer d'un 4-cylindres 2-litres une puissance de 200 kW (272 chevaux) pour un couple de 390 Nm. Autant de prétentions vérifiées à l'issue de trois millions de kilomètres d'essais routiers et plus de 30.000 heures d'essais sur banc, dont certaines avec l'appui des ingénieurs de Renault Sport Formula 1.

La clé du système VC-Turbo tient en un "multibras", sorte de liaison mécanique inédite entre le piston, sa bielle et le vilebrequin. Un engrenage électro-mécanique fait varier son angle, ce qui déplace le point d'arrêt supérieur de la course du piston. Laisser ce dernier monter plus haut dans la chambre de combustion permet d'en diminuer le volume et, partant, d'augmenter le taux de compression du mélange. Résultat, le rendement augmente et la consommation diminue.

A l'inverse, abaisser le point mort haut du piston augmente le volume de la chambre, diminue le taux de compression et permet d'augmenter la puissance comme le couple. L'ordinateur ajuste continuellement la longueur de la course du piston en fonction des informations transmises par une multitude de capteurs qui  mesurent le taux d'enfoncement de la pédale, de taux de dépression à l'admission, la quantité de carburant injectée et le régime de rotation.

L'hybridation permettra de pousser la logique du taux de compression variable

Comme son nom l'indique, le moteur Infiniti VC-Turbo a recours à la suralimentation. En gavant d'air les quatre cylindres, elle permet de tirer le meilleur parti de l'amplitude de variation du taux de compression, entre un minimum de 8:1 et un maximum de 14:1. Elle permet aussi d'exploiter à fond les bénéfices de la recirculation des gaz d'échappement et du cycle de combustion dit Atkinson-Miller, qui retarde la fermeture des soupapes d'échappement bien après l'amorce de la remontée du piston. Quant à l'injection directe d'essence, déjà généralisée par tous les constructeurs, elle devient absolument indispensable sur le moteur VC-Turbo : elle concourt à diminuer la température des gaz dans la chambre de combustion, donc à repousser l'apparition du cliquetis.

L'un des points d'achoppement des études menées ces vingt dernières années par les motoristes du Groupe PSA, de Renault, de Daimler ou bien de Toyota et de Saab était que les gains en rendement thermique ne suffisaient pas à compenser l'augmentation des pertes dues aux frottements des pièces en mouvement, plus nombreuses dans un moteur à taux de compression variable. Infiniti concède que son moteur VC-Turbo compte trois fois plus de points de pivot qu'un moteur conventionnel mais ne quantifie pas la quantité d'énergie ainsi gaspillée. Pas plus que celle consommée par l'actuateur électrique de l'engrenage. Le constructeur laisse entendre que ces pertes sont compensées par une diminution de 44 % des frottements par réduire des mouvements axiaux du piston (piston slap) et sa "finition miroir".

La greffe de ce système semble bénéfique en revanche pour ce qui est du bruit. Non seulement Infiniti prétend que la variation du taux de compression est imperceptible pour le conducteur, mais qu'encore le 4-cylindres VC-Turbo génère moins de vibrations qu'un V6 essence, pourtant réputé pour l'équilibre de son architecture. Le 4-cylindres VC-Turbo obtiendrait ce résultat sans avoir recours au moindre arbre d'équilibrage. Sa masse est annoncée comme inférieure de 25 kilogrammes à celle du V6 Nissan de 3,5 litres, pour un encombrement similaire à celui des moteurs à 4 cylindres classiques.

Le coût du taux variable justifié par la traque aux NOx et CO2

Les progrès de la métallurgie et de la modélisation numérique ont permis à Infiniti de concrétiser une idée vieille de plus de vingt ans. Mais Infiniti n'aurait jamais pu justifier le coût que représente son industrialisation à grande échelle si le renforcement des réglementations sur tous les continents n'exposait les constructeurs à de lourdes amendes en cas de dépassement de la moyenne de leurs émissions de CO2.

Infiniti est fier de souligner que son moteur VC-Turbo concentre quelque trois cents technologies protégées par brevet. Le constructeur japonais n'aurait pu rêver meilleur moment pour lancer son moteur VC-Turbo : il débarque pile au moment où l'automobiliste européen désespère de trouver une alternative au moteur Diesel. Il reste à vérifier si cette mécanique tiendra toutes ses promesses.

 

MCE-5, pionnier français du taux de compression variable

On ne saurait évoquer la concrétisation du principe du taux de compression variable sans rappeler la technologie VCRi mise au point par la société française MCE-5 Development. Exposée longuement dans nos colonnes, elle se différencie de la solution retenue par Nissan Infiniti par la capacité de faire varier la longueur de la course de chaque piston, sans apport externe d'énergie. Il se murmurait que le Groupe PSA était intéressé par la technologie VCRi, la société MCE-5 ayant même retenu une Peugeot 407 pour l'équiper d'un moteur prototype. Finalement, c'est Dongfeng Motors le partenaire chinois de Peugeot et de Citroën qui a signé un accord de développement avec MCE-5. L'annonce date du mois de septembre 2016.

Source: www.msn.com

 

 

 

 

 

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