Été 2017. Mazda lance une bombe sur l’industrie automobile. Ils prétendaient avoir apprivoisé la bête : un moteur à essence à allumage par compression prêt pour les voitures particulières. La promesse ? Une augmentation de 20 à 30 pour cent de l’économie de carburant. Ce n’est pas une faute de frappe. Pour un moteur à essence, c’est un énorme pas en avant.
Avant de considérer cela comme une simple affaire de marketing, considérez l’histoire. L’allumage par compression n’est pas nouveau. La Formule 1 s’y est essayée. D’autres fabricants ont essayé, sans succès, de le rendre viable pour la rue. Le Skyactiv-X de Mazda est différent. C’est le premier du genre à entrer sur la chaîne de production.
Jay Chen, ingénieur groupe motopropulseur chez Mazda, nous a expliqué la mécanique. Pour comprendre la percée, vous devez comprendre les bases.
L’étincelle contre la compression
Les moteurs à essence dépendent des bougies d’allumage. Vous connaissez le principe. Mélange d’air et de carburant dans le cylindre. La bougie se déclenche. Boom. Combustion. C’est précis. C’est fiable. Cela fonctionne dans presque toutes les conditions. Mais cela a des limites.
Les moteurs diesel obéissent à des règles différentes. Ils n’utilisent pas de bougies d’allumage. Ils utilisent une compression extrême. L’air est comprimé jusqu’à ce qu’il devienne suffisamment chaud pour enflammer le carburant au contact. Aucune étincelle nécessaire. Ce processus est plus efficace. Par conséquent, les moteurs diesel obtiennent souvent de meilleures notes EPA que leurs homologues à essence ayant des spécifications similaires. Mais les diesels sont lourds. Ils sont chers. Ils ne sont pas vraiment sportifs.
Et si vous pouviez les combiner ? Et si vous pouviez presser l’essence comme un diesel, tout en conservant la légèreté et la réactivité d’un moteur à essence ?
C’est le but. Une compression plus élevée équivaut à une efficacité plus élevée. Mazda a compris comment procéder.
Comment fonctionne Skyactiv-X
Le moteur emprisonne les gaz d’échappement à l’intérieur du cylindre. Il ajuste le calage des soupapes d’admission et d’échappement pour garder ce mélange contenu. Ensuite, les injecteurs de carburant pulvérisent de l’essence dans ce mélange chaud hautement comprimé. La pression seule enflamme le carburant. Aucune bougie d’allumage requise pour l’événement de combustion principal.
C’est une approche hybride. Il emprunte les meilleurs éléments des deux mondes.
Il existe deux manières d’y parvenir. L’allumage par compression à charge homogène (HCCI) mélange l’air et le carburant avant la compression. L’allumage par compression directe à l’essence (GDCI) projette du carburant dans un mélange déjà comprimé. Le Skyactiv-X de Mazda utilise une variante du HCCI. Il s’agit du premier moteur de ce type produit en série.
Le piège : ce n’est pas simple
Réaliser un allumage par compression dans un moteur à essence semble facile en théorie. En pratique, c’est un cauchemar de précision. Le moteur doit constamment basculer entre les modes d’allumage par étincelle et d’allumage par compression. À faibles charges, il utilise des bougies d’allumage. À des charges plus élevées, il passe à l’allumage par compression.
C’est dans cette transition que la magie opère. Et là où la plupart des ingénieurs ont échoué.
Pourquoi c’est important
Les chiffres d’économie de carburant sont intéressants. Mais l’efficacité est la vraie question. En brûlant plus complètement du carburant, vous gaspillez moins. Vous obtenez plus de miles par gallon. Vous réduisez les émissions. Mazda revendique une amélioration de 20 à 30 pour cent. Si cela est vrai, cela change le paysage des moteurs de petite cylindrée.
Le Skyactiv-X n’est pas seulement un nouveau moteur. C’est une preuve de concept. Cela montre que l’ingénierie de la combustion peut encore innover. Cela remet en question l’idée selon laquelle les moteurs diesel constituent la seule voie vers une efficacité élevée.
Les sections suivantes approfondiront les avantages et les inconvénients. Nous examinerons les performances du monde réel. Nous verrons si la réclamation de 20 à 30 pour cent tient sur la route. Pour l’instant, n’oubliez pas : Mazda ne s’est pas contenté de peaufiner un moteur. Ils ont réinventé la façon dont l’essence brûle.
“L’absence d’étincelle permet aux moteurs diesel d’atteindre des cotes EPA plus élevées que les moteurs à essence présentant des spécifications par ailleurs similaires.”
Ce changement marque une rupture avec la combustion interne traditionnelle. Ce n’est pas une mise à jour mineure. Il s’agit d’un changement fondamental dans notre façon de concevoir la combustion du carburant. Le moteur Skyactiv-X représente une avancée significative dans l’ingénierie automobile. Reste à savoir si cela deviendra la norme. Mais la technologie est là. Et ça marche.
La frontière fine entre puissance et explosion
Les moteurs à allumage par compression présentent un profil d’efficacité distinct par rapport à leurs homologues à allumage commandé. Ils consomment moins de carburant. Ils convertissent une plus grande partie de ce carburant en travail utilisable plutôt que de le gaspiller sous forme de chaleur ou de perte par inflammation. Ils émettent donc moins de polluants.
Jay Chen, ingénieur du groupe motopropulseur chez Mazda, décrit la différence mécanique avec une simple analogie. L’allumage par étincelle, c’est comme allumer un coin de petit bois et regarder la flamme ramper sur le papier. L’allumage par compression ressemble à une combustion spontanée. Le mélange air-carburant atteint simultanément une pression et une température critiques. La charge entière change de phase en même temps. Cela libère brusquement de l’énergie.
“[L’allumage par compression] peut extraire plus de puissance… de la même quantité d’air tout en utilisant deux à trois fois moins de carburant et à des températures de combustion beaucoup plus froides.”
Théoriquement, c’est supérieur. En pratique, c’est fragile. Ces moteurs sont capricieux. S’ils étaient robustes, nous les conduirions déjà.
Le carburant diesel se gélifie par temps glacial. L’essence reste liquide. Les conditions ambiantes et la qualité du carburant influencent fortement les performances de l’allumage par compression. Jusqu’à récemment, ces moteurs n’existaient que dans des laboratoires stables ou dans des prototypes approximatifs impropres à la production.
L’environnement du cylindre doit être précis. Une pression ou une température incorrecte interrompt le processus. Les températures froides risquent d’endommager les composants sensibles. Les températures élevées provoquent des cognements. Cela se produit lorsque le mélange explose prématurément. Cela gaspille du carburant et dégrade les performances. Les moteurs à allumage commandé tolèrent une marge d’erreur plus large.
La fiabilité exige un rapport précis entre l’air, le carburant et les gaz d’échappement. La compression doit être exacte. L’application de chaleur doit être chronométrée correctement. Étant donné que personne n’a encore construit de moteur à essence à allumage par compression fiable, le processus nécessite des améliorations supplémentaires.
L’avenir des moteurs à essence
Les spéculations ont frappé fort après l’annonce de Mazda. Un moteur à allumage par compression grand public sauverait-il le moteur à combustion interne ? Alors que l’industrie s’oriente vers les hybrides et les véhicules électriques, un moteur à essence raffiné pourrait-il être suffisamment efficace pour rivaliser ?
Chen, un ingénieur Mazda, expose la logique. L’objectif est d’extraire chaque goutte d’efficacité du moteur à combustion interne. Une fois perfectionnée, cette technologie, utilisée parallèlement à l’électrification, vise à fournir des groupes motopropulseurs qui dureront jusqu’à la fin de ce siècle. La métrique est stricte. Mazda pense pouvoir égaler ou battre les émissions de CO2 « du puits à la roue » des véhicules électriques à batterie pure, même ceux rechargés via des réseaux à forte consommation de combustibles fossiles.
En bref. Une voiture à essence peut être aussi efficace qu’une voiture électrique. Peut-être davantage. Voyons pourquoi cette avancée diffère des tentatives précédentes.
Tentatives précédentes : Saturn, Mercedes et Hyundai
En 2007, Motor Trend a testé une Saturn Aura avec un moteur à allumage par compression. La consommation de carburant a diminué de 15 pour cent par rapport au modèle standard. GM prévoyait de lancer des véhicules similaires d’ici 2015. Puis Saturne est morte. GM s’est concentré sur la Chevrolet Volt et les plates-formes purement électriques.
Mercedes-Benz travaillait sur un système appelé DiesOtto. Ford avait aussi un projet. Aucun des deux n’est parvenu à la production.
Hyundai propose une explication plus claire des raisons pour lesquelles ces projets stagnent. Leurs efforts ont fait surface vers 2013. L’objectif était un moteur à allumage par compression sans bougie d’allumage. Sortie cible : 2023.
Prometteur sur le papier. La réalité s’est avérée difficile en 2016.
Les composants n’étaient pas assez solides pour la compression requise. Vous pouvez renforcer le bloc, la manivelle et les roulements. C’est ainsi que les moteurs diesel survivent à la pression. Mais cela coûte de l’argent. Cela ajoute du poids. Cela réduit l’efficacité globale.
Hyundai prévoyait d’utiliser un turbocompresseur pour maintenir la compression et augmenter la puissance. Ils ont rapidement réalisé qu’un compresseur était également nécessaire. Cela a fait exploser le budget. Pire encore, la pollution n’était pas aussi propre ou efficace que prévu. Le projet a été abandonné. C’était trop cher. Trop sale.
Comment Skyactiv-X résout le problème Spark
Mazda développe cette technologie depuis aussi longtemps que ses concurrents.
“Skyactiv-X était toujours dans les plans avant même le lancement de la première génération de Skyactiv”, explique Chen.
La feuille de route a débuté en 2009 avec Skyactiv Technology. La clé était des taux de compression non conventionnels et élevés. Cela a amélioré l’efficacité et les performances du groupe motopropulseur. Cela nécessitait une combinaison synergique de techniques existantes. Des choses que l’on croyait impossibles pour les moteurs de production sont devenues réalité.
Alors, qu’est-ce que Skyactiv-X ? C’est la stratégie de Mazda qui consiste à augmenter la compression pour plus d’efficacité. Mais ils ont dû modifier le processus. Ils ont ajouté une bougie d’allumage.
Pourquoi? Le moteur passe de l’allumage par compression à l’allumage par étincelle en fonction de ce qui est le plus efficace du moment. Cela semble contredire les bases de la haute compression. Chen dit que ça marche.
“Cette avancée, que nous appelons allumage par compression commandé par étincelle (SPCCI), a considérablement élargi la gamme utilisable de fonctionnement et de contrôle de l’allumage par compression”, explique Chen. “Il a fourni la solution pour une transition transparente entre les modes de combustion CI [allumage par compression] et SI [allumage par étincelle] utilisés à des régimes moteur élevés.”
La bougie d’allumage est l’ingrédient magique. Il permet un fonctionnement fluide. Il s’adapte aux conditions. Il n’est utilisé qu’en cas d’absolue nécessité.
Le moteur se surveille lui-même. Il ajuste le fonctionnement en fonction des conditions environnementales. Style de conduite. Préférences du conducteur. Paramètres.
Le Supercharger et le Market Timing
Après avoir conçu l’idée, Mazda a mis encore deux ans pour développer le moteur. Une décision majeure a émergé.
Les véhicules équipés de moteurs Skyactiv-X seront équipés de compresseurs. L’objectif est d’augmenter les spécifications de puissance. Cela améliore la dynamique de conduite. Cela aide à convaincre les acheteurs de prendre des risques avec les nouvelles technologies.
Quand les conducteurs peuvent-ils s’y attendre ? Un porte-parole de Mazda a refusé de divulguer quels véhicules seront équipés en premier. Les dates de disponibilité ne sont pas non plus divulguées.
Nous ne savons pas si ces voitures coûteront plus cher que des modèles comparables à allumage commandé. Les spéculations suggèrent que ce sera le cas. Même si Mazda est le premier sur le marché, d’autres constructeurs suivront certainement. La course est lancée.
