Atkinson, Miller, processus du cycle B: ce que cela signifie vraiment

Les turbocompresseurs VTG dans les moteurs VW sont en fait des moteurs diesel modifiés.

Les cycles d'Atkinson et de Miller sont toujours associés à une efficacité accrue, mais il n'y a souvent aucune différence entre eux. Cela n'a peut-être pas de sens, car les deux changements se résument à une philosophie fondamentale - créer différents taux de compression et d'expansion dans un moteur à essence à quatre temps. Ces paramètres étant géométriquement identiques dans un moteur classique, le bloc essence souffre du risque de cognement du carburant, nécessitant une réduction du taux de compression. Cependant, si un taux d'expansion plus élevé pouvait être atteint par n'importe quel moyen, cela se traduirait par un niveau plus élevé de « compression » de l'énergie des gaz en expansion et augmenterait l'efficacité du moteur. Il est intéressant de noter que, purement historiquement, ni James Atkinson ni Ralph Miller n'ont créé leurs concepts en quête d'efficacité. En 1887, Atkinson a également développé un mécanisme de manivelle complexe breveté composé de plusieurs éléments (des similitudes peuvent être trouvées aujourd'hui dans le moteur Infiniti VC Turbo), qui visait à éviter les brevets d'Otto. Le résultat d'une cinématique complexe est la mise en oeuvre d'un cycle à quatre temps pendant un tour du moteur et un autre temps du piston pendant la compression et la détente. Plusieurs décennies plus tard, ce processus sera réalisé en gardant la soupape d'admission ouverte pendant une période plus longue et presque sans exception utilisée dans les moteurs en combinaison avec des groupes motopropulseurs hybrides conventionnels (sans possibilité de charge électrique externe), comme ceux de Toyota et Honda. À des vitesses moyennes à élevées, ce n'est pas un problème car le flux d'intrusion a une inertie et lorsque le piston recule, il compense l'air de retour. Cependant, à basse vitesse, cela conduit à un fonctionnement instable du moteur et, par conséquent, ces unités sont combinées avec des systèmes hybrides ou n'utilisent pas le cycle Atkinson dans ces modes. Pour cette raison, les vannes à aspiration naturelle et d'admission sont classiquement considérées comme le cycle d'Atkinson. Cependant, ce n'est pas tout à fait correct, car l'idée de réaliser différents degrés de compression et de détente en contrôlant les phases d'ouverture des soupapes appartient à Ralph Miller et a été brevetée en 1956. Cependant, son idée ne vise pas à atteindre une plus grande efficacité et à réduire le taux de compression et l'utilisation correspondante de carburants à faible indice d'octane dans les moteurs d'avions. Miller conçoit des systèmes pour fermer la soupape d'admission plus tôt (Early Intake Valve Closure, EIVC) ou plus tard (Late Intake Valve Closure, LIVC), ainsi que pour compenser le manque d'air ou pour maintenir l'air retournant vers le collecteur d'admission, le compresseur est utilisé.

Il est intéressant de noter que le premier moteur à phases asymétriques fonctionnant sur un moteur ultérieur, défini comme le « processus du cycle de Miller », a été créé par les ingénieurs de Mercedes et a été utilisé dans le moteur à compresseur 12 cylindres de la voiture de sport W 163. depuis 1939. avant que Ralph Miller ne fasse breveter son test.

Le premier modèle de production à utiliser le cycle Miller était la Mazda Millenia KJ-ZEM V6 1994. La soupape d'admission se ferme plus tard, le retour d'une partie de l'air vers les collecteurs d'admission avec un degré de compression est pratiquement réduit, et un compresseur mécanique Lysholm est utilisé pour retenir l'air. Ainsi, le taux d'expansion est supérieur de 15% au taux de compression. Les pertes causées par la compression de l'air du piston vers le compresseur sont compensées par une meilleure efficacité finale du moteur.

Les stratégies de fermeture très tardive et très précoce présentent des avantages différents selon les modes. À faible charge, une fermeture ultérieure a l'avantage de fournir un papillon ouvert plus large et de maintenir une meilleure turbulence. À mesure que la charge augmente, l'avantage se déplace vers une clôture antérieure. Cependant, ce dernier devient moins efficace à des vitesses élevées en raison d'un temps de remplissage insuffisant et d'une chute de pression importante avant et après la valve.

Audi et Volkswagen, Mazda et Toyota

Actuellement, des processus similaires sont utilisés par Audi et Volkswagen dans leurs appareils 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) et 1.5 TSI (EA 211 Evo), récemment rejoints par le nouveau 1.0 TSI. Cependant, ils utilisent une technologie de soupape d'admission à pré-fermeture dans laquelle l'air en expansion est refroidi une fois la soupape fermée plus tôt. Audi et VW appellent le processus le cycle B d'après l'ingénieur de l'entreprise Ralph Budak, qui a affiné les idées de Ralph Miller et les a appliquées aux moteurs turbocompressés. Avec un taux de compression de 13:1, le taux réel est d'environ 11,7:1, ce qui en soi est extrêmement élevé pour un moteur à allumage commandé. Le rôle principal dans tout cela est joué par le mécanisme d'ouverture de soupape complexe avec des phases et une course variables, qui favorise le vortex et s'ajuste en fonction des conditions. Dans les moteurs à cycle B, la pression d'injection est portée à 250 bars. Les microcontrôleurs contrôlent un processus fluide de changement de phase et de transition du processus B au cycle Otto normal sous une charge élevée. De plus, les moteurs de 1,5 et 1 litre utilisent des turbocompresseurs à géométrie variable à réponse rapide. L'air pré-comprimé refroidi offre de meilleures conditions de température qu'une forte compression directe dans un cylindre. Contrairement aux turbocompresseurs BorgWarner VTG de haute technologie de Porsche utilisés pour des modèles plus puissants, les unités à géométrie variable de VW créées par la même société sont des turbines pratiquement légèrement modifiées pour moteurs diesel. Cela est possible du fait que, en raison de tout ce qui a été décrit jusqu'à présent, la température maximale du gaz ne dépasse pas 880 degrés, c'est-à-dire légèrement supérieure à celle d'un moteur diesel, ce qui est un indicateur de rendement élevé.

Les entreprises japonaises confondent encore plus la normalisation de la terminologie. Contrairement aux autres moteurs à essence Mazda Skyactiv, le Skyactiv G 2.5 T est turbocompressé et fonctionne sur une large plage de charges et de régimes dans le cycle Miller, mais Mazda induit également un cycle dans lequel fonctionnent leurs unités à aspiration naturelle Skyactiv G. Toyota utilise un 1.2 D4. -T (8NR-FTS) et 2.0 D4-T (8AR-FTS) dans leurs moteurs turbo, mais Mazda, en revanche, les définit comme les mêmes pour tous ses moteurs à aspiration naturelle pour les modèles hybrides et Dynamic Force de nouvelle génération . avec remplissage atmosphérique comme « travail sur le cycle d'Atkinson ». Dans tous les cas, la philosophie technique est la même.