24 mars 2014

Mazda ose le HCCI sur le futur moteur essence SKYACTIV-G de 2me génération !

En 2010, Mazda avait surpris l’industrie automobile en dévoilant les caractéristiques du 4 cylindres à essence 2.0 SKYACTIV-G à haut rendement thermique : 15% supérieurs à celui du précédent 2.0 litres. A l’opposé de la tendance du downsizing, ce moteur atmosphérique tire un bon rendement grâce à un rapport volumétrique le plus élevé jamais adopté sur un moteur à essence : 14,0 :1 ! Le diagramme de distribution est de type Atkinson, ce qui explique en partie ce rapport volumétrique (il est de 13 :1 sur la Toyota Prius utilisant également ce principe), mais les ingénieurs japonais ont énormément travaillé sur la réduction des gaz d’échappement résiduels. Ce moteur est actuellement commercialisé en Europe sur les Mazda3, Mazda6 et CX-5, en version 88 kW (120 ch), 107 kW (145 ch) ou 121 kW (165 ch). Une variante 4 cylindres SKYACTIV-G 1.5 (74 kW / 100 ch) équipe la Mazda3 et la Mazda6 dispose d’un SKYACTIV-G 2.5 de 141 kW (195 ch), mais avec un rapport volumétrique réduit à 13 :1 afin de privilégier la puissance.

Le constructeur japonais vient de nous dévoiler les principales caractéristiques de la deuxième génération du 2.0 SKYACTIV-G. Le concept de base est l’emploi de la combustion HCCI, ce qui est plutôt une surprise tant de nombreux motoristes avancent que le contrôle de ce type de combustion est difficile, surtout en essence. Joachim Kunz, du centre R&D, justifie cette orientation : « La combustion HCCI permet d’augmenter le rendement thermique tout en respectant les normes sur les émissions polluantes, particulièrement les NOx et les particules. C’est l’évolution logique du programme SKYACTIV-G entrepris depuis 2006. Nous pouvons obtenir une baisse de consommation allant jusqu’à 30%. Le HCCI permet aussi de brûler des mélanges aussi pauvres que ceux des diesels. Le meilleur rendement est également obtenu par la réduction des pertes par pompage. ». Mazda annonce ainsi atteindre un pic de rendement de 48% (180 g/kW.h) à 2000 tr/min.

Pour rappel, la combustion HCCI (Homogeneous charge compression ignition), parfois appelée de façon peut-être plus exacte dans ce cas CAI (Controlled Auto Ignition), enflamme un mélange homogène par auto-allumage. Tout le mélange brûle instantanément à l’opposé de la combustion par allumage commandé qui se diffuse dans la chambre en front de flamme. L’inflammation par compression est facilitée par un rapport volumétrique monté à 18 :1 et contrôlée par le système d’injection, les circuits d’EGR et les lois d’ouvertures variables des soupapes. Le coefficient d’excès d'air peut ainsi atteindre 5 à 6, un mélange totalement impossible à enflammer avec un système d’allumage conventionnel !


Le mode HCCI n’est utilisé qu’à faible charge. Joachim Kunz : « Nous travaillons sur l’extension de la combustion HCCI jusqu’à 50% de charge et sur un passage fiable vers le fonctionnement par allumage commandé pour les charges supérieures ». Sous pleine charge, le rapport volumétrique reste figé à 18 :1, mais le taux de remplissage est réduit afin de limiter la pression en fin de compression et d’éviter le cliquetis. Les frottements devraient par ailleurs être réduits de 20%.

L’orientation du développement pour la troisième génération SKYACTIV-G est basée sur une chambre de combustion permettant une transformation adiabatique – sans aucun transfert thermique avec le milieu extérieur – afin de s’attaquer cette fois-ci aux pertes par le système de refroidissement et dans une moindre mesure par l’échappement. Joachim Kunz : « Nous allons mener des recherches sur trois axes : diminution de la température de combustion, réduction de l’écart de température entre la chambre de combustion et le circuit de refroidissement et les nouveaux matériaux ». Le circuit de refroidissement travaillera donc à une température nettement plus élevée.

Le moteur SKYACTIV-G de deuxième génération devrait être commercialisé dans quelques années, mais bien avant 2020 nous assure-t-on. Il sera présenté avec plus de détail dans une prochaine brève tech.

  Yvonnick Gazeau

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