5 nouvelles technologies de moteurs à gaz | Comment les choses fonctionnent

Galerie d'images : Moteurs La domination des moteurs à essence sur le marché automobile se poursuivra dans un avenir prévisible.  Voir plus de photos de moteurs.

Avec tout le battage médiatique autour des voitures hybrides, électriques et à carburant alternatif, il est facile de penser que l’ère des moteurs à essence est révolue. Si vous avez des voitures qui fonctionnent à l’hydrogène ou qui s’enfoncent dans le mur, le moteur à combustion interne peut sembler carrément dépassé.

Mais le fait demeure que la grande majorité des voitures vendues aux États-Unis sont propulsées par des moteurs à essence. La domination des moteurs à essence sur le marché automobile se poursuivra dans un avenir prévisible. Les constructeurs automobiles utilisent des moteurs à essence pour de nombreuses raisons. Les gens y sont habitués, il existe une infrastructure pour les soutenir et ils conviennent parfaitement à la façon dont la plupart des Américains utilisent leur voiture.

Cela ne veut pas dire que les moteurs à essence n’ont pas d’inconvénients. Ils polluent et dépendent de l’essence – laissant les conducteurs américains sujets aux variations des prix du carburant. Bien que le moteur de la voiture dans votre allée ait beaucoup en commun avec les moteurs utilisés dans les premières voitures, de nouvelles innovations dans la technologie des moteurs ont permis aux constructeurs automobiles de résoudre certains des problèmes associés aux moteurs automobiles à essence. L’amélioration de la puissance, de l’économie de carburant et des émissions permet aux gens de conduire les voitures qu’ils aiment, tout en polluant moins et en dépensant moins en essence.

Regarder une nouvelle technologie qui améliore l’économie de carburant de quelques miles par gallon peut sembler peu, mais gardez à l’esprit qu’avec presque toutes les voitures sur la route qui utilisent des moteurs à essence, de petites améliorations ont un impact important à l’échelle nationale. Actuellement, les voitures électriques et hybrides ne représentent qu’environ 2 % des voitures sur la route. Rendre les 98 % restants plus efficaces vous fera économiser de l’argent, réduira la dépendance au pétrole étranger et réduira la pollution, tout en gardant les voitures neuves abordables et attrayantes pour la plupart des acheteurs.

5 : calage et levée variables des soupapes

Le calage et la levée variables des soupapes peuvent rendre un moteur à essence environ 5 % plus efficace.

Les constructeurs automobiles mettent à jour les moteurs à essence avec un calage et une levée variables des soupapes. Pour comprendre comment cela fonctionne, vous avez besoin d’une compréhension de base du fonctionnement d’un moteur de voiture.

Dans un moteur, les soupapes s’ouvrent et se ferment pour contrôler l’entrée du mélange air/carburant et la sortie des gaz d’échappement de la chambre de combustion. Sur la plupart des moteurs à essence, les soupapes s’ouvrent pendant le même temps et s’ouvrent sur la même distance, quelle que soit la force de travail du moteur. La force de travail d’un moteur est connue sous le nom de sa vitesse. La vitesse du moteur ne tient pas compte de la vitesse à laquelle une voiture se déplace sur la route. Au lieu de cela, la vitesse du moteur fait référence à la vitesse à laquelle le vilebrequin du moteur tourne. Cette rotation provient des pistons dans les cylindres du moteur. Plus ils vont vite, plus le régime moteur est élevé – et plus le moteur travaille fort.

Imaginez que vous vous entraînez très dur. Vous avez besoin de beaucoup de carburant, sous forme de calories – et de beaucoup d’air. Le moteur de votre voiture est le même, sauf qu’il utilise de l’essence comme carburant au lieu de calories. Si vous ne faites que marcher, vous n’avez pas besoin d’autant de calories et d’air. Idem avec ton moteur. Si les soupapes du moteur s’ouvrent de la même longueur et de la même largeur, peu importe la force de travail du moteur, du carburant est gaspillé. C’est parce que le moteur reçoit la même quantité de carburant et d’air, qu’il soit en roue libre ou qu’il tire une lourde charge.

En faisant varier le temps et la distance d’ouverture des soupapes, le moteur reçoit juste assez de carburant et d’air pour le travail qu’il effectue actuellement. En fait, le calage et la levée variables des soupapes peuvent rendre un moteur à essence environ 5 % plus efficace. [source: U.S. Department of Energy].

4 : Désactiver le cylindre

La désactivation des cylindres désactive certains des cylindres du moteur lorsqu'ils ne sont pas nécessaires.

La désactivation des cylindres fonctionne sur le même principe que le calage et la levée variables des soupapes : un moteur a besoin de différentes quantités de carburant pour différents types de travail.

Prenez un moteur V-8 par exemple. Un moteur V-8 a huit cylindres. Lorsque le moteur est en marche, les huit cylindres fonctionnent, brûlant du carburant et de l’air. La plupart des voitures, camions et VUS équipés de moteurs V-8 en sont équipés, car en général, plus un moteur a de cylindres, plus il est puissant. C’est pourquoi vous voyez généralement des moteurs V-8 dans les voitures de sport ou les camions lourds. Mais alors que les gens aiment les V-8 parce qu’ils vont vite et peuvent tirer de lourdes charges, la plupart des gens ne font pas toujours ces choses.

C’est là qu’intervient la désactivation des cylindres. Désactiver le cylindre arrête certains des cylindres du moteur lorsqu’ils ne sont pas nécessaires. Cela signifie que lorsqu’une voiture ou un camion maintient une vitesse constante et n’accélère pas, certains cylindres ne sont pas utilisés. Parce qu’ils ne sont pas utilisés, ils ne reçoivent pas non plus d’essence – et cela économise du carburant. La technologie de désactivation des cylindres a été utilisée dans les voitures et les camions à moteur V-8 ces dernières années, mais certains constructeurs automobiles commencent également à l’ajouter à leurs moteurs à six cylindres. On estime que la technologie de désactivation des cylindres améliore l’efficacité du moteur de 7,5 % [source: U.S. Department of Energy].

3 : injection directe de carburant

Un problème avec un taux de compression accru est que le carburant peut s'enflammer prématurément, ce qui est connu sous le nom de cognement du moteur.

Une autre façon d’améliorer les moteurs à essence consiste à modifier la manière dont le carburant atteint la chambre de combustion. Dans un moteur à essence, le carburant et l’air utilisent une étincelle pour s’enflammer dans la chambre de combustion. Mais les chercheurs ont découvert qu’en chauffant et en pressurisant le carburant avant de l’injecter dans la chambre de combustion, ils peuvent enflammer le carburant sans étincelle – un peu comme fonctionne un moteur diesel. Ce processus l’aide à brûler plus proprement et plus efficacement, réduisant ainsi la quantité de carburant dont le moteur a besoin.

Un moteur à essence normal a un taux de compression d’environ 10 à 1 (ou légèrement moins). Cependant, un nouveau moteur Mazda (un actuellement en vente au Japon) utilise cette technologie et a un taux de compression de 14 à 1. La Mazda Demio obtient un rapport de 70 miles par gallon (29,8 kilomètres par litre).

Un problème avec un taux de compression accru est que le carburant peut s’enflammer prématurément, ce qui est connu sous le nom de cognement du moteur. Pour éviter cela, les systèmes à injection directe pulvérisent un fin brouillard de carburant directement dans le cylindre (généralement, l’air et le carburant sont mélangés dans l’orifice avant d’entrer dans le système). Cela aide à maintenir la température du moteur à un niveau bas et à réduire les cognements. L’injection directe de carburant peut améliorer l’efficacité du moteur de 12 % [source: U.S. Department of Energy].

2 : Turbocompresseurs

Les turbocompresseurs sont des ventilateurs alimentés par les gaz du système d'échappement de la voiture.

Il peut sembler étrange de parler de turbocompresseurs comme moyen d’améliorer l’économie de carburant. Après tout, ils sont généralement associés à des voitures hautes performances – qui ne sont pas vraiment connues pour leur économie de carburant.

Turbocompresseurs sont des ventilateurs alimentés par les gaz du système d’échappement de la voiture. Ils permettent à plus d’air comprimé d’entrer dans le cylindre. Cela se traduit par un taux de compression plus élevé (tout comme l’injection directe de carburant) et donc une combustion plus efficace. Considérez un turbocompresseur comme une injection directe dans la partie air du mélange air / carburant d’un moteur.

Alors que l’utilisation d’un turbocompresseur permet aux voitures performantes de générer encore plus de puissance, les mettre sur un moteur plus petit leur permet de faire le même travail qu’un moteur plus gros – économiser du carburant. En 2011, Ford a ajouté un moteur turbo V-6 à sa gamme de moteurs pour ses camions F-150. Appelés moteurs EcoBoost, ils prouvent que vous n’avez pas besoin d’un V-8 dans une camionnette. Turbocompressé, le moteur EcoBoost du F-150 2011 développe 365 chevaux, un couple de 420 livres-pied et peut remorquer jusqu’à 11 300 livres (5 126 kilogrammes). En comparaison, le V-8 de base du F-150 produit 360 chevaux et 380 livres-pied de couple. Le V6 EcoBoost du F-150 offre non seulement plus de puissance, mais aussi une meilleure économie de carburant que le V-8. En deux roues motrices, l’EPA indique qu’il obtient 16/22 miles par gallon (6,8/9,4 kilomètres par litre) ville/autoroute, tandis que le V-8 de base obtient 15/21 miles par gallon (6,4/8,9 kilomètres par litre) . ville/autoroute.

1 : Conducteurs légers

Appuyez sur l'accélérateur et vous utiliserez plus d'essence que quelqu'un qui accélère progressivement.

La plus grande variable dans la quantité de gaz consommée par un moteur n’est pas entièrement dans la technologie. C’est dans la façon dont il est conduit. C’est en fait très simple : accélérez et vous consommez plus d’essence que quelqu’un qui accélère progressivement. Il y a une raison pour laquelle les estimations de consommation de carburant indiquent toujours que votre kilométrage peut varier.

Mais les constructeurs automobiles trouvent des moyens de former les conducteurs à conduire plus efficacement. En permettant au conducteur de savoir quand il conduit efficacement, le moteur peut passer plus de temps à travailler à des niveaux où l’efficacité est optimisée. Par exemple, la Kia Forte et la Honda Odyssey 2011 ont des voyants verts sur le tableau de bord qui indiquent quand la conduite est efficace. Et ils ne sont pas seuls – différents constructeurs automobiles ont des indicateurs similaires d’efficacité du conducteur. Les constructeurs espèrent que les conducteurs verront la lumière d’efficacité comme une sorte de jeu, augmentant leur efficacité globale et réduisant la consommation de carburant.

Une autre caractéristique de nombreuses voitures neuves est le mode éco. Alors que les éco-modes sont courants sur les hybrides, les constructeurs automobiles commencent également à les ajouter aux voitures à essence uniquement. Dans la plupart des voitures, le mode éco est activé en appuyant sur un bouton. Cela modifie les caractéristiques de changement de vitesse de la transmission pour permettre au moteur de fonctionner à des vitesses inférieures. Comme le moteur travaille moins dur, il consomme moins de carburant non plus. Bien que le mode éco ne fonctionne pas dans toutes les situations de conduite (par exemple, il peut causer un certain retard sur l’autoroute), la conduite urbaine peut certainement aider à réduire la consommation d’essence.

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sources

  • Bullis, Kévin. “70 MPG sans hybride.” Examen de la technologie. 25 octobre 2010. (16 mai 2011) http://www.technologyreview.com/energy/26613
  • Bullis, Kévin. « Vérification de la réalité de l’hydrogène. Examen de la technologie. 5 mai 2006. (16 mai 2011) http://www.technologyreview.com/energy/16777/page1/
  • Carney, Dan. “L’EcoBoost F-150 de Ford a du punch.” MSNBC. 5 novembre 2010. (16 mai 2011) http://www.msnbc.msn.com/id/39969898/ns/business-autos/t/fords-ecoboost-f-packs-powerful-punch/
  • Mays, Kelsey. “Plus de détails sur le mode Eco de Chevy Equinox.” Pneus coup de pied. 29 juin 2009. (16 mai 2011) http://blogs.cars.com/kickingtires/2009/06/chevrolet-equinox.html
  • Département de l’énergie des États-Unis. “Technologies économes en énergie.” Département américain de l’énergie et de l’agence de protection de l’environnement. (16 mai 2011) http://www.fueleconomy.gov/feg/tech_adv.shtml