Les voitures électriques, en tant que concept, n’étaient autrefois pas différentes de la voiture volante. Promis d’être une grande chose dans le futur, mais désespérément irréalisable ici et maintenant. Cependant, au cours des dix dernières années, ils sont devenus une chose très réelle, avec une part de marché croissante d’année en année, les nouveaux modèles offrant une plus grande autonomie et des temps de charge plus rapides.

Avec leurs émissions plus faibles et leurs performances en constante amélioration, on pourrait être pardonné de penser que les moteurs à combustion traditionnels sont pratiquement morts. Mazda voudrait différer – investir massivement dans de nouvelles technologies pour amener le moteur à essence dans la prochaine décennie et au-delà.

Le meilleur des deux mondes

Mazda a proposé des moteurs diesel dans toute sa gamme ces dernières années. Crédit d’image: Mazda

Le Saint Graal des moteurs à combustion efficaces ne réside pas dans l’essence, mais dans les moteurs diesel. Ils atteignent régulièrement des rendements thermiques de plus de 40%, par rapport au moteur à essence automobile typique qui se rapproche de seulement 20%. Tout cela se résume à la faible volatilité du carburant diesel. Cela permet aux moteurs diesel de fonctionner à des rapports air / carburant très pauvres et des taux de compression incroyablement élevés, sans que le mélange n’explose prématurément et n’endommage le moteur ou ne gaspille de puissance. Il permet également l’utilisation de l’allumage par compression, où les pressions croissantes à l’intérieur du cylindre enflamment le mélange air / carburant presque instantanément, d’un seul coup.

Les moteurs à essence, en comparaison, doivent soigneusement garder leur rapport air / carburant beaucoup plus riche, du niveau stoechiométrique de 14: 1, jusqu’à 9: 1 dans certaines conditions. Cela permet de garantir que le carburant n’explose pas au lieu de brûler en douceur de manière contrôlée. Une bougie d’allumage doit être utilisée pour initier l’allumage, le front de flamme se déplaçant lentement à travers le mélange par rapport à la nature instantanée de l’allumage par compression. Les moteurs à essence fonctionnent également à des taux de compression beaucoup plus faibles – avec un maximum de 14: 1 vu dans la pratique. D’autres facteurs jouent également un rôle, mais le mélange et le taux de compression sont les principales raisons pour lesquelles le diesel a un tel avantage sur l’essence dans les enjeux d’efficacité.

Au fil des ans, de nombreux fabricants ont tenté de faire fonctionner les moteurs à essence dans des conditions d’allumage par compression. Bien que plusieurs fabricants aient été en mesure de faire fonctionner cela dans des conditions de faible régime et de faible charge. En cas de conduite plus difficile, les taux de compression plus élevés requis provoquent simplement l’explosion du mélange air / carburant, endommageant le moteur.

Une solution incroyablement complexe

La combustion SPCCI utilise une bougie d’allumage pour enflammer une petite région de mélange riche de carburant / air pour augmenter la pression du cylindre suffisamment élevée pour pousser le reste du mélange dans l’allumage par compression. Illustration: Alex sur les automobiles

Malgré les difficultés, Mazda a réussi à construire un moteur à essence à allumage par compression prêt pour la production, sous le nom de Skyactiv-X. Contrairement aux tentatives précédentes, il inclut une bougie d’allumage dans un hack créatif qu’ils appellent Spark Controlled Compression Ignition, ou SPCCI, comme expliqué dans cette excellente vidéo d’Alex On Autos.

Lorsqu’il fonctionne dans ce mode, le moteur fonctionne avec un mélange air-carburant incroyablement pauvre, de l’ordre de 29: 1 – si pauvre, même le taux de compression élevé du moteur de 16: 1 ne fera pas brûler le mélange. Lorsque le piston atteint le sommet de la course de compression, une petite quantité de carburant supplémentaire est injectée, à côté de la bougie. Ce mélange localisé plus riche est enflammé par la bougie d’allumage, la combustion provoquant une augmentation de la pression dans le cylindre. Cette surpression fait alors subir un allumage par compression au reste du mélange. Le résultat est un moteur à essence qui peut fonctionner à un taux de compression plus élevé avec un mélange air-carburant plus pauvre que ce qui est traditionnellement possible. Le rapport cible est si pauvre qu’un compresseur basse pression est utilisé comme pompe pour fournir plus d’air à la chambre de combustion.

Le régime SPCCI est incroyablement efficace, mais lorsqu’une puissance élevée est requise, il est plus logique de faire fonctionner le moteur dans un mode d’allumage par étincelle typique. Avec un taux de compression de 16: 1, cependant, ceci serait normalement difficile à réaliser sans détonation. Cependant, le calage variable des soupapes moderne permet au moteur de laisser la soupape d’admission ouverte pendant une partie de la course de compression lorsqu’il fonctionne en mode d’allumage par étincelle. Cela réduit le taux de compression effectif du moteur, ce qui lui permet de descendre à un point approprié pour un fonctionnement traditionnel à allumage par étincelle. Cela permet au moteur de faire la transition en douceur entre le SPCCI et le fonctionnement conventionnel, ce que d’autres fabricants n’ont pas réussi jusqu’à présent.

Tout cela devrait s’ajouter à un moteur qui gagne en efficacité, en puissance et en couple. Mazda revendique une amélioration de l’économie de carburant de 20 à 30% par rapport à ses moteurs précédents et 30% de couple en plus. Malheureusement, les données que nous avons vues ne le confirment pas entièrement.

En regardant les chiffres de pointe réels, les chiffres réels semblent un peu décevants. En comparant le Skyactiv-X de 2,0 L au Skyactiv-G de 2,0 L précédent, nous constatons un gain de seulement 12% en couple de pointe et 14% en puissance de pointe. Cependant, cela ne prend pas en compte les performances sur la bande de régime et il est possible que les gains de couple soient beaucoup plus importants dans la plage de régime inférieure. En ce qui concerne l’économie de carburant, un test de 3 heures dans le monde réel n’a pas montré beaucoup de différence entre le Skyactiv-X et le Skyactiv-G précédent. Tenez compte du fait que le Skyactiv-X contient également un système hybride léger, ce qui est assez décevant. Nous aimerions revoir cette comparaison lorsque la technologie sera un peu plus mature, mais c’est un résultat pour le moins inquiétant.

Bien entendu, la complexité de ce que Mazda a accompli ne doit pas être sous-estimée. La production d’un moteur prêt à la production et produit en série qui peut passer en douceur entre les modes d’allumage par compression et l’allumage par étincelle régulier nécessite la combinaison d’un éventail de technologies, allant des commandes de moteur informatiques avancées à l’injection directe et au calage variable des soupapes. L’investissement nécessaire en recherche et développement pour mener à bien un tel projet est immense; le fait qu’aucun autre constructeur automobile n’ait réussi l’exploit devrait indiquer le niveau de difficulté à maîtriser l’allumage par compression à essence.

Tout est question de retour sur investissement

Dans une comparaison directe, le nouveau moteur ajoute une puissance et un couple significatifs, mais les gains d’économie de carburant n’ont pas été confirmés dans des tests réels. Image: Whichcar

Malgré de fortes positions sur certains marchés uniques comme l’Australie, Mazda reste l’un des plus petits constructeurs automobiles sur la scène mondiale. Dans les véhicules produits, ils ne se sont classés qu’au 17e rang mondial, livrant 1,6 million de véhicules en 2017. Contrairement à de nombreux autres constructeurs, ils ne font pas partie d’un plus grand consortium, se tenant largement seuls dans un domaine dominé par des poids lourds comme Toyota, Fiat-Chrysler, et Nissan-Renault-Mitsubishi. Cela rend leur réalisation d’autant plus surprenante, étant donné l’investissement requis et les ressources dont dispose ce David parmi les Goliaths.

Cela soulève certains sourcils que Mazda a consacré tant de ressources au développement continu du moteur à essence, beaucoup pariant sur une vague imparable de véhicules électriques prenant le dessus des parts de marché dans les années à venir. D’autres acteurs majeurs comme Mercedes ont déjà pris des mesures pour mettre fin au développement des moteurs à essence. En plus de cela, certaines villes cherchant à interdire totalement les véhicules à carburant fossile dans les années à venir, on se demande combien Mazda pourra récupérer les coûts de développement au cours de la prochaine décennie. Les propres projections de Mazda indiquent que les moteurs à essence alimenteront toujours 85% de toutes les voitures en 2035, mais le chiffre le plus important est la proportion des nouvelles ventes détenues par des véhicules à essence. La modélisation de BloombergNEF s’attend à voir les voitures électriques prendre une part de 28% des ventes de voitures neuves d’ici 2030, il semble donc qu’il restera encore beaucoup de temps à Mazda pour encaisser. Il sert également de comble utile pendant que la société commence un transition vers la technologie électrique.

Cependant, si la technologie SPCCI veut bien fonctionner sur le marché, elle devra tenir compte de ses nobles revendications. Bien que le nouveau moteur offre certainement une meilleure puissance et un meilleur couple, il n’a pas encore montré une augmentation significative de la consommation de carburant, ce qui est censé être l’un de ses principaux avantages. Et peu importe sa nouveauté et sa fantaisie, il ne peut pas rivaliser avec les enjeux brillants et futuristes des véhicules tout électriques. Semblable aux expériences antérieures de Mazda avec les moteurs à cycle Miller dans les années 1990, nous soupçonnons que cela peut être plus un blip intéressant qu’un changement de jeu pour le moteur à essence. Comme toujours, le temps nous le dira.

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