MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant

Repousser les limites du rendement

Les limites des moteurs à combustion internes à taux de compression fixe vont être atteintes. Avec le MCE‑5 VCRi, le taux de compression devient variable afin de repousser plus loin les limites de la performance et du rendement. Nouvelle composante du mix technologique du moteur automobile, le MCE‑5 VCRi va « aller chercher » des grammes de CO2/km inaccessibles à un prix attractif et réduire le coût à supporter pour accéder à un haut rendement énergétique.

Il n’existe que deux stratégies pour réduire la consommation du moteur thermique automobile : améliorer la cartographie de consommation spécifique (g/kWh) particulièrement dans les zones les plus utilisées sur cycle de conduite, et replacer les principaux points de fonctionnement sur les meilleurs points de CSE (Consommation Spécifique Effective), toujours en relation avec le cycle de conduite :

Il n’existe que deux stratégies pour réduire la consommation du moteur thermique automobile

Un diagramme PV (pression volume) résume bien
les 5 leviers sur lesquels on peut agir
pour augmenter le travail positif
et réduire le travail négatif

La première stratégie (passage de figure 1 à 2) repose d’une part, sur l’optimisation du taux de détente effectif des gaz et d’autre part, sur la réduction des pertes thermiques, des pertes par pompage, des pertes par frottement et des imbrûlés.

La deuxième stratégie (passage de figure 2 à 3) repose principalement sur l’augmentation de la performance spécifique P en couple et en puissance du moteur (Nm/L – kW/L), de sorte à en réduire la cylindrée (downsizing), ou le régime moyen d’exploitation (downspeeding).

En alternative au downsizing-downspeeding, la deuxième stratégie peut faire appel à l’hybridation qui consiste en un stockage temporaire d’énergie via des moyens électriques (générateur --> batteries --> moteur électrique). Efficace, l’hybridation est cependant chère, ce qui est un frein à sa dissémination.

Sans réellement s’additionner, les avantages des deux stratégies (passage de figure 1 à 2, puis de 2 à 3) sont combinables. Ces deux stratégies visent au final à améliorer le travail positif (augmentation de l’efficacité thermodynamique) et à réduire le travail négatif (augmentation du rendement effectif).

Cette balance entre travail positif et travail négatif se visualise bien sur le diagramme PV (pression volume) en figure 4. On distingue sur ce diagramme 5 points caractéristiques qui sont : augmentation du taux de détente effectif par la partie haute pression (1) ou basse pression (3) du cycle thermodynamique, réduction des pertes aux parois (2), réduction des pertes par pompage (4) et réduction des pertes par frottement (5).

Le MCE‑5 VCRi s’adresse à chacune des deux grandes stratégies (passage de figure 1 à 2, puis de 2 à 3), et à chacun des points identifiés sur le diagramme PV (figure 4). En effet : l’optimisation du taux de détente effectif est directement servie par le VCR, la réduction des pertes par pompage est servie par le downsizing, le downspeeding et la CAI-HCCI (dépapillonnage), et les pertes aux parois sont réduites par la CAI-HCCI. Pour finir, les pertes par frottement sont réduites par le downsizing et par la transmission par engrenage du MCE‑5 VCRi.

Le MCE‑5 VCRi se combine avantageusement avec les autres technologies (suralimentation, VVT, VVL, GDI) pour atteindre le meilleur résultat. Notons que le VCR est dénué de sens s’il est utilisé sans suralimentation.

En relation avec le diagramme de la figure 4, le VCR permet d’agir sur tous les paramètres
qui conditionnent le rendement (stratégies et technologies visant à améliorer
le rendement effectifdes moteurs sur cycle de conduite)

Le MCE‑5 VCRi poursuit le cours de l’histoire de l’automobile : à chaque fois qu’une nouvelle technologie a vu le jour, elle a apporté un ensemble d’avantages et de progrès. L’amélioration des moteurs a suivi une grande asymptote, constituée de sous-asymptotes qui chacune a pour origine une nouvelle technologie qui apporte un nouveau progrès.

Comme on le voit sur le graphe ci-dessus, la généralisation des 4 soupapes par cylindre et des VVTs a permis de réduire la cylindrée des moteurs (downsizing), pour en réduire la consommation. Le GDI couplé à la suralimentation et à la VVL (Variable Valve Lift) va plus loin dans le downsizing et le downspeeding, et dans la réduction des pertes par pompage. La dernière marche, celle au-delà de laquelle il n’y aura plus guère d’opportunité est le VCR. Le VCR apportera des gains très appréciables par rapport aux futurs moteurs classiques GDI turbo et VVL à haute densité de performance, malgré qu’il soit placé sur le plat de l’asymptote d’amélioration du rendement.

Au-delà de ce qui sera possible de faire de mieux avec les technologies actuelles,
le VCR va fournir un surcroît appréciable d’efficacité énergétique. Ici : véhicules de 1,3 tonne et 120 kW.
Le VCR fournit entre 11 % (prouvé) et 21 % (reste à prouver avec la CAI) de réduction de consommation
par rapport aux futurs moteurs GDI turbo fortement chargés prévus pour la décennie à venir

Le premier bénéfice du VCR est de poursuivre intensivement l’augmentation de la performance spécifique comme elle s’est poursuivie au fil des ans depuis le début du siècle dernier, conduisant à la réduction graduelle de la cylindrée à même service rendu (downsizing), avec à la clé une réduction notable de la consommation énergétique :

Le downsizing n’est pas nouveau, il est pratiqué depuis le début de l’automobile

La plupart des progrès des moteurs à combustion interne
reposent sur l’émergence d’une nouvelle technologie

Le MCE‑5 VCRi va ainsi repousser les limites du rendement accessible par les moteurs classiques. Il va s’intégrer au mix technologique actuel pour optimiser l’efficacité énergétique, adapter le coût absolu des véhicules et atteindre les objectifs de coût/bénéfice.

Le MCE‑5 VCRi va repousser les limites du rendement accessible par les moteurs classiques