Des hybrides pour l'avenir

Dans de nombreuses régions du monde, l'électromobilité ne se développera pas aussi rapidement qu'en Europe pour diverses raisons. C'est pourquoi des systèmes de traction hybrides seront encore nécessaires pendant un certain temps pour la propulsion des voitures. Des moteurs à combustion adaptés sont en cours de développement.

Comme la propulsion automobile entièrement électrique ne pourra pas s'imposer dans toutes les régions du monde avant longtemps pour des raisons économiques ou d'infrastructure, les propulsions basées sur des moteurs à combustion seront encore demandées à l'avenir. C'est pourquoi, parallèlement aux moteurs à essence et diesel conventionnels, des moteurs à combustion dits dédiés sont désormais développés - des propulseurs qui sont combinés à des moteurs électriques et qui peuvent donc être optimisés de manière très spécifique. Ainsi, le moteur à combustion reçoit par exemple un soutien puissant du système électrique dans la plage de vitesse lente, de sorte que son fonctionnement peut être optimisé pour des plages de vitesse et de charge plus faibles. Cela a finalement un effet positif sur la consommation du moteur à combustion et de l'ensemble du système.

Actuellement, les entreprises d'ingénierie et les grands fournisseurs de l'industrie automobile développent des systèmes hybrides de plus en plus efficaces. Le plus grand fournisseur mondial, Robert Bosch GmbH, travaille lui aussi sur des solutions hybrides avec des moteurs à essence dédiés, qui permettent d'exploiter d'autres potentiels d'efficacité. Les ingénieurs de Bosch ont systématiquement considéré différentes solutions de moteurs hybrides dédiés. L'évaluation de l'efficacité a ensuite également été effectuée en combinaison avec différents concepts hybrides. Les résultats des études sur les moteurs prouvent que seules des chaînes cinématiques optimisées de manière globale permettent d'exploiter tout le potentiel de l'hybridation. Jochen Schwarzer, chef du département Powertrain chez Bosch, a déclaré lors du symposium international sur les moteurs qui s'est tenu cette année à Vienne : "Il faut partir du principe que les futures exigences réglementaires dans certaines régions du monde ne pourront être satisfaites que par l'utilisation de technologies hybrides hautement efficaces ou que leur utilisation sera explicitement exigée". Schwarzer a ensuite parlé d'un moteur à essence quatre cylindres de 2,5 litres à aspiration libre et à haute compression, doté d'un cycle Atkinson et d'un taux de recyclage des gaz d'échappement élevé, qui atteint un rendement maximal de 41 pour cent, un niveau à peine atteint jusqu'à présent pour les moteurs à essence.

Quatre concepts DHE (Dedicated Hybrid Engine) ont été considérés dans les laboratoires Bosch : DHE1 et DHE2 avec suralimentation par turbocompresseur, injection directe et mélange stœchiométrique ou pauvre, DHE3 sans suralimentation par turbocompresseur, mais avec injection directe et fonctionnement stœchiométrique, et DHE4 sans suralimentation par turbocompresseur, avec injection dans le collecteur d'admission et fonctionnement stœchiométrique. Une autre étape d'optimisation a été franchie grâce à l'utilisation de bougies d'allumage à préchambre.

Le système hybride de 330 volts avec deux machines électriques et une boîte de vitesses à un rapport n'est pas conçu comme un système plug-in. La capacité de la batterie est de 2,5 kWh et la puissance de traction maximale possible est de 135 à 155 kW. Des simulations ont montré que le concept DHE2 présentait le plus grand potentiel d'économie de CO 2. Dans un SUV de classe moyenne pesant un peu plus de 1500 kilos, il permet d'atteindre des émissions de CO 2 de 88 g/km selon la norme WLTP. En outre, le moteur à combustion dédié est également adapté à l'utilisation de carburants alternatifs, jusqu'au H 2 pur, a précisé le conférencier de Bosch.

La grande entreprise technologique AVL List GmbH, dont le siège est à Graz, s'intéresse elle aussi de près aux nouveaux systèmes de propulsion hybrides. Lors du symposium sur les moteurs qui s'est tenu au Hofburg de Vienne, Paul Kapus, responsable du développement des moteurs à allumage commandé, a présenté un système hybride série-parallèle avec un moteur à essence de 2,5 litres qui atteint un rendement remarquablement élevé grâce à un turbocompresseur à assistance électrique. Kapus a déclaré : "Les objectifs ambitieux en matière d'efficacité des véhicules augmentent les exigences en matière d'efficacité du moteur à combustion dans les chaînes cinématiques hybrides. La prochaine génération de moteurs hybrides avec des objectifs d'efficacité élevés nécessite de repenser la thermodynamique du moteur, la gestion thermique et la régulation de l'ensemble du véhicule". Dans son exposé, Kapus a décrit le développement d'un moteur hybride dédié avec un rendement effectif maximal de 45 pour cent et son intégration dans une chaîne cinématique série-parallèle dans un véhicule de démonstration SUV. Le taux de compression extrêmement élevé de 16,5:1 et le taux élevé de recyclage des gaz d'échappement, qui empêche une combustion détonante, sont également des caractéristiques particulières de ce moteur. Le système sophistiqué de gestion thermique du moteur et du véhicule est également essentiel pour assurer un fonctionnement stable à des températures ambiantes extrêmes. Celui-ci comprend des circuits de refroidissement réglables pour la recirculation des gaz d'échappement et pour l'air de suralimentation, ainsi que le découplage du compartiment moteur par des isolations et des stores de calandre variables.

La suralimentation du moteur à essence à longue course est assurée par un turbocompresseur Garrett à géométrie variable et à assistance électrique, qui assure à la fois une régulation précise de la pression de suralimentation et une alimentation en air secondaire pendant le chauffage du catalyseur. La nouvelle culasse de la DHE se caractérise par un concept de chambre de combustion à trois bougies - une grande au centre entre les quatre soupapes et deux plus petites à la périphérie de la chambre de combustion. Cela permet de garantir une combustion stable dans toutes les plages de fonctionnement.

La chaîne cinématique hybride série-parallèle fonctionne avec trois machines synchrones à aimants permanents - outre le démarreur-générateur, un moteur par essieu pour la traction intégrale du véhicule d'essai Mitsubishi Outlander PHEV. Les tests WLTP et routiers ont révélé une réduction de la consommation de plus de 15 pour cent par rapport au modèle de base. Le système de dépollution de cette chaîne cinématique comprend un premier catalyseur chauffé électriquement, un deuxième catalyseur à trois voies et un filtre à particules.