Qu'est-ce qu'une abréviation ?

Ces dernières années, le bassin européen est devenu le moindre de tout ce avec quoi la personne moyenne entre en contact. Cela s'applique en particulier aux salaires réels, aux téléphones portables, aux ordinateurs portables, aux coûts de l'entreprise ou à la taille des moteurs et aux émissions. Malheureusement, les réductions de personnel n'ont pas encore affecté une administration publique ou étatique aussi délabrée. Cependant, le sens du mot "réduction" dans l'industrie automobile n'est pas aussi nouveau qu'il n'y paraît à première vue. À la fin du siècle dernier, les moteurs diesel ont également augmenté leurs réductions au premier étage, qui, grâce à la suralimentation et à l'injection directe moderne, ont conservé ou réduit leur volume, mais avec une augmentation significative des paramètres dynamiques du moteur.

L'ère moderne des moteurs à essence "dawnsizing" a commencé avec l'avènement de l'unité 1,4 TSi. À première vue, cela ne ressemble pas en soi à une réduction des effectifs, ce qui a également été confirmé par son inclusion dans l'offre Golf, Leon ou Octavia. Le changement de perspective ne s'est produit que lorsque Škoda a commencé à assembler le moteur 1,4 TSi de 90 kW dans son plus grand modèle Superb. Cependant, la véritable percée a été l'installation du moteur 1,2 TSi de 77 kW dans des voitures relativement grandes telles que l'Octavia, la Leon et même la VW Caddy. Ce n'est qu'alors que les vraies et, comme toujours, les performances de pub les plus sages ont commencé. Des expressions telles que : "ne s'éternise pas, ne durera pas longtemps, rien ne remplace le volume, l'octogone a un moteur en tissu, avez-vous entendu ça ?" Étaient plus que communs non seulement dans le quatrième prix des appareils, mais aussi dans les discussions en ligne. La réduction des effectifs nécessite un effort logique de la part des constructeurs automobiles pour faire face à la pression constante pour réduire la consommation et les émissions tant détestées. Bien sûr, rien n'est gratuit, et même la réduction des effectifs n'apporte pas que des avantages. C'est pourquoi, dans les lignes qui suivent, nous allons aborder plus en détail ce qu'on appelle le downsizing, son fonctionnement et quels sont ses avantages ou ses inconvénients.

Qu'est-ce que l'abréviation et les raisons

La réduction des effectifs signifie réduire la cylindrée d'un moteur à combustion interne tout en conservant la même puissance de sortie, voire une puissance supérieure. Parallèlement à la réduction de volume, la suralimentation est réalisée à l'aide d'un turbocompresseur ou d'un compresseur mécanique, ou une combinaison des deux méthodes (VW 1,4 TSi - 125 kW). Ainsi que l'injection directe de carburant, le calage variable des soupapes, la levée des soupapes, etc. Grâce à ces technologies supplémentaires, plus d'air (oxygène) pour la combustion pénètre dans les cylindres et la quantité de carburant fournie peut être augmentée proportionnellement. Bien sûr, un tel mélange comprimé d'air et de carburant contient plus d'énergie. L'injection directe, combinée à un calage variable et à une levée de soupape, optimise à son tour l'injection de carburant et le tourbillon, ce qui augmente encore l'efficacité du processus de combustion. En général, un volume de cylindre plus petit est suffisant pour libérer la même énergie que des moteurs plus gros et comparables sans réduction de taille.

Comme déjà indiqué au début de l'article, l'émergence des allègements est principalement due au durcissement de la législation européenne. Il s'agit principalement de réduire les émissions, tandis que le plus visible est la volonté de réduire les émissions de CO à tous les niveaux.₂... Cependant, partout dans le monde, les limites d'émission se resserrent progressivement. Conformément à un règlement de la Commission européenne, les constructeurs automobiles européens se sont engagés à atteindre une limite d'émission de 2015 g de CO d'ici 130.₂ pour 1 km, cette valeur est calculée comme la valeur moyenne du parking mis sur le marché sur une année. Les moteurs à essence jouent un rôle direct dans le downsizing même si, en termes d'efficacité, ils sont plus susceptibles de réduire la consommation (c'est-à-dire aussi les émissions de CO₂) que les diesels. Cependant, cela rend difficile non seulement un prix plus élevé, mais également l'élimination relativement problématique et coûteuse des émissions nocives dans les gaz d'échappement, tels que les oxydes d'azote - NON_x, monoxyde de carbone - CO, hydrocarbures - HC ou noir de carbone, pour lesquels un filtre DPF (FAP) coûteux et encore relativement problématique est utilisé. Ainsi, les petits diesels deviennent progressivement plus complexes et les petites voitures sont jouées avec des violons plus petits. Les véhicules hybrides et électriques sont également en concurrence avec le downsizing. Bien que cette technologie soit prometteuse, elle est beaucoup plus complexe qu'une réduction des effectifs relativement simple, et pourtant trop coûteuse pour le citoyen moyen.

Un peu de théorie

Le succès de la réduction des effectifs dépend de la dynamique du moteur, de la consommation de carburant et du confort de conduite général. La puissance et le couple passent avant tout. La productivité est un travail effectué dans le temps. Le travail présenté au cours d'un cycle d'un moteur à combustion interne à allumage par étincelle est déterminé par le soi-disant cycle d'Otto.

L'axe vertical est la pression au-dessus du piston et l'axe horizontal est le volume du cylindre. Le travail est donné par l'aire délimitée par les courbes. Ce diagramme est idéalisé car on ne prend pas en compte l'échange thermique avec l'environnement, l'inertie de l'air entrant dans le cylindre, et les pertes causées par l'admission (légère dépression par rapport à la pression atmosphérique) ou l'échappement (légère surpression). Et maintenant une description de l'histoire elle-même, montrée dans le diagramme (V). Entre les points 1 et 2, le ballon est rempli d'un mélange - le volume augmente. Entre les points 2 et 3, la compression se produit, le piston fonctionne et comprime le mélange air-carburant. Entre les points 3-4, la combustion se produit, le volume est constant (le piston est au point mort haut) et le mélange carburé brûle. L'énergie chimique du combustible est convertie en chaleur. Entre les points 4 et 5, le mélange brûlé de carburant et d'air fonctionne - se dilate et exerce une pression sur le piston. Aux paragraphes 5-6-1, le flux inverse se produit, c'est-à-dire l'échappement.

Plus nous aspirons le mélange carburant-air, plus l'énergie chimique est libérée et l'aire sous la courbe augmente. Cet effet peut être obtenu de plusieurs manières. La première option consiste à augmenter de manière adéquate le volume du cylindre, respectivement. l'ensemble du moteur, qui, dans les mêmes conditions, nous obtenons plus de puissance - la courbe augmentera vers la droite. D'autres façons de décaler la montée de la courbe vers le haut sont, par exemple, d'augmenter le taux de compression ou d'augmenter la puissance de travail dans le temps et de faire plusieurs cycles plus petits en même temps, c'est-à-dire d'augmenter le régime moteur. Les deux méthodes décrites présentent de nombreux inconvénients (auto-allumage, résistance plus élevée de la culasse et de ses joints, frottement accru à des vitesses plus élevées - nous décrirons plus tard, émissions plus élevées, la force sur le piston est toujours à peu près la même), alors que la voiture a un gain de puissance relativement important sur le papier, mais le couple ne change pas beaucoup. Récemment, bien que le japonais Mazda ait réussi à produire en série un moteur à essence avec un taux de compression inhabituellement élevé (14,0: 1) appelé Skyactive-G, qui possède de très bons paramètres dynamiques avec une consommation de carburant favorable, néanmoins, la plupart des fabricants utilisent encore une possibilité est pour augmenter le volume de la zone sous la courbe. Et cela consiste à comprimer l'air avant d'entrer dans le cylindre tout en conservant le volume - débordement.

Alors le diagramme p (V) du cycle d'Otto ressemble à ceci :

Étant donné que la charge 7-1 se produit à une pression différente (plus élevée) que la sortie 5-6, une courbe fermée différente est créée, ce qui signifie qu'un travail supplémentaire est effectué dans la course du piston inopérant. Cela peut être utilisé si l'appareil qui comprime l'air est alimenté par un excès d'énergie, qui dans notre cas est l'énergie cinétique des gaz d'échappement. Un tel dispositif est un turbocompresseur. Un compresseur mécanique est également utilisé, mais il est nécessaire de prendre en compte un certain pourcentage (15-20%) consacré à son fonctionnement (le plus souvent il est entraîné par le vilebrequin), par conséquent, une partie de la courbe supérieure se déplace vers le bas un sans aucun effet.

Nous viendrons un moment, pendant que nous serons débordés. La suralimentation d'un moteur à essence existe depuis longtemps, mais l'objectif principal était d'augmenter les performances, alors que la consommation n'était pas particulièrement décidée. Alors les turbines à gaz les ont traînés toute leur vie, mais ils ont aussi mangé de l'herbe au bord de la route, en appuyant sur le gaz. Il y avait plusieurs raisons à cela. Premièrement, réduisez le taux de compression de ces moteurs afin d'éliminer la combustion cliquetis. Il y avait aussi un problème de refroidissement du turbo. À des charges élevées, le mélange devait être enrichi en carburant pour refroidir les gaz d'échappement et ainsi protéger le turbocompresseur des températures élevées des gaz de combustion. Pour ne rien arranger, l'énergie fournie par le turbocompresseur à l'air de suralimentation est partiellement perdue à charge partielle en raison du freinage du flux d'air au niveau du papillon. Heureusement, la technologie actuelle contribue déjà à réduire la consommation de carburant même lorsque le moteur est suralimenté, ce qui est l'une des principales raisons du downsizing.

Les concepteurs de moteurs à essence modernes tentent d'inspirer ces moteurs diesel qui fonctionnent à un taux de compression plus élevé et à charge partielle, le débit d'air à travers le collecteur d'admission n'est pas limité par l'accélérateur. Le danger de cognement causé par un taux de compression élevé, qui peut détruire un moteur très rapidement, est éliminé par l'électronique moderne, qui contrôle le calage de l'allumage beaucoup plus précisément que ce n'était le cas jusqu'à récemment. Un gros avantage est également l'utilisation de l'injection directe de carburant, dans laquelle l'essence s'évapore directement dans le cylindre. Ainsi, le mélange de carburant est efficacement refroidi et la limite d'auto-inflammation est également augmentée. Il convient également de mentionner le système actuellement répandu de calage variable des soupapes, qui vous permet d'influencer dans une certaine mesure le taux de compression réel. Le soi-disant cycle de Miller (course de contraction et d'expansion inégalement longue). En plus du calage variable des soupapes, la levée variable des soupapes contribue également à réduire la consommation, ce qui peut remplacer la commande de l'accélérateur et ainsi réduire les pertes d'aspiration - en ralentissant le flux d'air à travers l'accélérateur (par exemple Valvetronic de BMW).

La surcharge, la modification du calage des soupapes, la levée des soupapes ou le taux de compression ne sont pas une panacée, les concepteurs doivent donc prendre en compte d'autres facteurs qui, en particulier, affectent le débit final. Il s'agit notamment de la réduction des frottements, ainsi que de la préparation et de la combustion du mélange incendiaire lui-même.

Les concepteurs travaillent depuis des décennies pour réduire le frottement des pièces mobiles du moteur. Il faut avouer qu'ils ont fait de grands progrès dans le domaine des matériaux et des revêtements, qui présentent actuellement les meilleures propriétés de friction. Il en va de même pour les huiles et les lubrifiants. La conception du moteur lui-même n'a pas été laissée sans attention, où les dimensions des pièces mobiles, les roulements sont optimisés, la forme des segments de piston et, bien sûr, le nombre de cylindres n'ont pas changé. Les moteurs les plus connus avec un nombre "inférieur" de cylindres à l'heure actuelle sont probablement les moteurs EcoBoost à trois cylindres de Ford de Ford ou les moteurs à deux cylindres TwinAir de Fiat. Moins de cylindres signifie moins de pistons, de bielles, de roulements ou de soupapes, et donc logiquement des frottements totaux. Il y a certainement des limites dans ce domaine. Le premier est le frottement qui est stocké sur le cylindre manquant, mais compensé dans une certaine mesure par un frottement supplémentaire dans les paliers de l'arbre d'équilibrage. Une autre limitation est liée au nombre de cylindres ou à la culture de fonctionnement, qui influent considérablement sur le choix de la catégorie de véhicule que le moteur entraînera. Impensable actuellement, par exemple, BMW, connue pour ses moteurs modernes, était équipée d'un moteur bicylindre bourdonnant. Mais qui sait ce qui se passera dans quelques années. Étant donné que le frottement augmente avec le carré de la vitesse, les fabricants réduisent non seulement le frottement lui-même, mais essaient également de concevoir des moteurs pour fournir une dynamique suffisante aux vitesses les plus basses possibles. Comme le ravitaillement atmosphérique d'un petit moteur ne peut pas faire face à cette tâche, un turbocompresseur ou un turbocompresseur combiné à un compresseur mécanique vient à nouveau à la rescousse. Cependant, dans le cas d'une suralimentation uniquement avec un turbocompresseur, ce n'est pas une tâche facile. Il convient de noter que le turbocompresseur a une inertie de rotation de turbine importante, ce qui crée ce que l'on appelle la turbodiera. La turbine du turbocompresseur est entraînée par les gaz d'échappement, qui doivent d'abord être produits par le moteur, de sorte qu'il y a un certain retard entre le moment où la pédale d'accélérateur est enfoncée et le début prévu de la poussée du moteur. Bien sûr, divers systèmes de suralimentation modernes tentent de compenser plus ou moins efficacement ce mal, et de nouvelles améliorations de conception des turbocompresseurs viennent à la rescousse. Ainsi, les turbocompresseurs sont plus petits et plus légers, ils réagissent de plus en plus vite à des vitesses plus élevées. Les conducteurs axés sur le sport, élevés sur les moteurs à grande vitesse, blâment un tel moteur turbocompressé «à basse vitesse» pour une mauvaise réponse. pas de gradation de puissance à mesure que la vitesse augmente. Ainsi, le moteur tire émotionnellement à bas, moyen et haut régime, malheureusement sans puissance de pointe.

La composition du mélange combustible lui-même n'a pas été écartée. Comme vous le savez, un moteur à essence brûle le soi-disant mélange stoechiométrique homogène d'air et de carburant. Cela signifie que pour 14,7 kg de carburant - essence, il y a 1 kg d'air. Ce rapport est également appelé lambda = 1. Ledit mélange d'essence et d'air peut également être brûlé dans d'autres rapports. Si vous utilisez la quantité d'air de 14,5 à 22: 1, il y a alors un grand excès d'air - nous parlons du soi-disant mélange maigre. Si le rapport est inversé, la quantité d'air est inférieure à la stoechiométrie et la quantité d'essence est supérieure (le rapport air/essence est compris entre 14 et 7:1), ce mélange est appelé soi-disant. riche mélange. D'autres rapports en dehors de cette plage sont difficiles à enflammer car ils sont trop dilués ou contiennent trop peu d'air. Dans tous les cas, les deux limites ont des effets opposés sur les performances, la consommation et les émissions. En termes d'émissions, dans le cas d'un mélange riche, il se produit une formation importante de CO et de HC._x, fabrication NON_x relativement faible en raison des températures plus basses lors de la combustion d'un mélange riche. D'autre part, la production de NO est particulièrement élevée avec la combustion pauvre._xen raison de la température de combustion plus élevée. Il ne faut pas oublier la vitesse de combustion, qui est différente pour chaque composition du mélange. La vitesse de combustion est un facteur très important, mais il est difficile de la contrôler. Le taux de combustion du mélange est également affecté par la température, le degré de tourbillon (maintenu par la vitesse du moteur), l'humidité et la composition du carburant. Chacun de ces facteurs est impliqué de différentes manières, le tourbillon et la saturation du mélange ayant la plus grande influence. Un mélange riche brûle plus vite qu'un mélange pauvre, mais si le mélange est trop riche, la vitesse de combustion est considérablement réduite. Lorsque le mélange est enflammé, la combustion est d'abord lente, avec l'augmentation de la pression et de la température, la vitesse de combustion augmente, ce qui est également facilité par un tourbillonnement accru du mélange. La combustion à mélange pauvre contribue à une augmentation de l'efficacité de la combustion jusqu'à 20 %, alors que, selon les capacités actuelles, elle est maximale à un rapport d'environ 16,7 à 17,3 : 1. Étant donné que l'homogénéisation du mélange se détériore pendant la poursuite du mélange pauvre, ce qui entraîne une réduction significative de la taux de combustion, réduisant l'efficacité et la productivité, les fabricants ont mis au point le soi-disant mélange de couches. En d'autres termes, le mélange combustible est stratifié dans l'espace de combustion, de sorte que le rapport autour de la bougie est stoechiométrique, c'est-à-dire qu'il s'enflamme facilement, et dans le reste de l'environnement, au contraire, la composition du mélange est bien plus haut. Cette technologie est déjà utilisée dans la pratique (TSi, JTS, BMW), malheureusement, jusqu'à présent uniquement jusqu'à certaines vitesses ou. en mode charge légère. Cependant, le développement est un pas en avant rapide.

Avantages de la réduction

• Un tel moteur est non seulement plus petit en volume, mais aussi en taille, il peut donc être produit avec moins de matières premières et moins de consommation d'énergie.
• Étant donné que les moteurs utilisent des matières premières similaires, voire les mêmes, le moteur sera plus léger en raison de sa plus petite taille. L'ensemble de la structure du véhicule peut être moins robuste et donc plus léger et moins cher. avec le moteur plus léger existant, moins de charge par essieu. Dans ce cas, les performances de conduite sont également améliorées, car elles ne sont pas si fortement influencées par un moteur lourd.
• Un tel moteur est plus petit et plus puissant, et il ne sera donc pas difficile de construire une voiture petite et puissante, qui parfois ne fonctionnait pas en raison de la taille limitée du moteur.
• Le plus petit moteur a également moins de masse inertielle, il ne consomme donc pas autant d'énergie pour se déplacer pendant les changements de puissance que le plus gros moteur.

Inconvénients de la réduction

• Un tel moteur est soumis à des contraintes thermiques et mécaniques nettement plus élevées.
• Bien que le moteur soit plus léger en volume et en poids, en raison de la présence de diverses pièces supplémentaires telles qu'un turbocompresseur, un refroidisseur intermédiaire ou une injection d'essence haute pression, le poids total du moteur augmente, le coût du moteur augmente et l'ensemble du kit nécessite entretien accru. et le risque de panne est plus élevé, notamment pour un turbocompresseur soumis à de fortes sollicitations thermiques et mécaniques.
• Certains systèmes auxiliaires consomment de l'énergie dans le moteur (par exemple la pompe à piston à injection directe pour les moteurs TSI).
• La conception et la fabrication d'un tel moteur est beaucoup plus difficile et complexe que dans le cas d'un moteur rempli d'atmosphère.
• La consommation finale est encore relativement fortement dépendante du style de conduite.
• Friction interne. Gardez à l'esprit que la friction du moteur dépend de la vitesse. Ceci est relativement négligeable pour une pompe à eau ou un alternateur où le frottement augmente linéairement avec la vitesse. Cependant, le frottement des cames ou des segments de piston augmente proportionnellement à la racine carrée, ce qui peut amener un petit moteur à grande vitesse à présenter un frottement interne plus élevé qu'un plus grand volume fonctionnant à des vitesses inférieures. Cependant, comme déjà mentionné, beaucoup dépend de la conception et des performances du moteur.

Y a-t-il donc un avenir pour les réductions de personnel ? Malgré quelques lacunes, je pense que oui. Cependant, les moteurs à aspiration naturelle ne disparaissent pas tout de suite, simplement à cause des économies de production, des avancées technologiques (Mazda Skyactive-G), de la nostalgie ou de l'habitude. Pour les non partisans qui ne font pas confiance à la puissance d'un petit moteur, je recommande de charger une telle voiture avec quatre personnes bien nourries, puis de regarder en haut de la colline, de dépasser et de tester. La fiabilité reste une question beaucoup plus complexe. Il existe une solution pour les acheteurs de billets, même si cela prend plus de temps qu'un essai routier. Attendez quelques années que le moteur apparaisse puis décidez. Dans l'ensemble, cependant, les risques peuvent être résumés comme suit. Comparé à un moteur à aspiration naturelle plus puissant de même puissance, le plus petit moteur turbocompressé est beaucoup plus chargé en pression de cylindre ainsi qu'en température. Par conséquent, ces moteurs ont des roulements nettement plus chargés, un vilebrequin, une culasse, un appareillage de commutation, etc. Cependant, le risque de défaillance avant l'expiration de la durée de vie prévue est relativement faible car les fabricants conçoivent des moteurs pour cette charge. Cependant, il y aura des erreurs, je note, par exemple, des problèmes de saut de chaîne de distribution dans les moteurs TSi. Globalement, cependant, on peut dire que la durée de vie de ces moteurs ne sera probablement pas aussi longue que dans le cas des moteurs à aspiration naturelle. Cela s'applique principalement aux voitures avec un kilométrage élevé. Une attention accrue devrait également être accordée à la consommation. Par rapport aux anciens moteurs à essence turbocompressés, les turbocompresseurs modernes peuvent fonctionner de manière nettement plus économique, tandis que les meilleurs d'entre eux correspondent à la consommation d'un turbodiesel relativement puissant en fonctionnement économique. L'inconvénient est la dépendance croissante vis-à-vis du style de conduite du conducteur, donc si vous voulez conduire de manière économique, vous devez faire attention à la pédale d'accélérateur. Cependant, par rapport aux moteurs diesel, les moteurs à essence turbocompressés compensent cet inconvénient par un meilleur raffinement, des niveaux de bruit plus faibles, une plage de vitesse utilisable plus large ou l'absence du FAP tant critiqué.