Nouvelle Mazda2, dans la continuité des technologies non conventionnelles
 
La quatrième génération de la Mazda2 sera lancée en version 5 portes en Europe à partir d’avril 2015. Le constructeur applique désormais les technologies non-conformistes de ses moteurs sur un véhicule du segment inférieur. Deux nouveaux 4 cylindres apparaissent : le 1.5 SKYACTIV-G à injection directe d'essence et le 1.5 SKYACTIV-D sans post traitement des NOx.
 
Le 1.5 SKYACTIV-G reprend le concept du 2.0 SKYACTIV-G : pas de downsizing, rapport volumétrique record de 14,0 :1 grâce au mode de fonctionnement Atkinson, aux pistons à cavité sphérique et à minimisation des gaz brûlés résiduels. Il délivre 85 kW (115 ch) à 6000 tr/min et 148 Nm à 4000 tr/min. Le gain en consommation spécifique effective (CSE) par rapport au moteur actuel MZR 1.5 est d’environ 25 g/kWh jusqu’à une PME de 6 bar et atteint 50 g/kWh sous 8,5 bar à 1500 tr/min. Selon le constructeur, si un moteur downsizé est légèrement plus avantageux à faible charge (2 bar) en raison de sa cylindrée inférieure, le 1.5 SKYACTIV-G offre une CSE moindre à partir d’une PME de 4 bar grâce à son rapport volumétrique plus élevé. La réduction des gaz résiduels est obtenue par un déphaseur hydraulique de l’arbre à cames d’échappement et par un collecteur à long tubes de type 4-2-1. A l’admission, le déphaseur (S-VT) est piloté par un actionneur électrique. Koichi Shinbata, du département du développement des groupes motopropulseurs, explique : « Nous avons choisi le déphaseur électrique afin de gagner en précision et en vitesse d’exécution. En outre, sa plage de fonctionnement est également accrue car il n’est pas dépendant de la pression hydraulique ». Deux autres versions du moteur seront également proposées : 66 kW (90 ch) / 148 Nm à 4000 tr/min et 55 kW (75 ch) / 135 Nm à 3800 tr/min. Cette dernière variante ne dispose pas de tous les atouts du SKYACTIV-G : elle a notamment un rapport volumétrique moindre de 12 :1, un échappement 4-1 et un déphaseur hydraulique à l’admission aussi. La consommation mixte du 85 kW (115 ch) sur la Mazda2 est de 4,9 l/100 km avec une transmission manuelle six rapports (115 g de CO2/km). Mazda continue le développement d’autres moteurs SKYACTIV-G, une seconde génération avec plage HCCI étendue à rapport volumétrique de 18 :1 étant annoncée avant 2020.
 
Le nouveau diesel 1.5 SKYACTIV-D est issu du 2.2 SKYACTIV-D qui permet aux véhicules de passer la norme Euro 6 sans post-traitement des NOx, une réponse technique unique dans le monde automobile. Le concept est de produire peu d’oxydes d’azote lors de la combustion en limitant le rapport volumétrique à 14 :1 seulement. Cependant, toutes les solutions techniques ne pouvaient pas totalement être reprises pour deux raisons : le moteur doit être moins onéreux pour être vendu dans le segment B et la réduction de la taille des cylindres augmente les pertes de chaleur. Les motoristes ont su répondre aux défis par quelques solutions inédites. Ainsi, la turbosuralimentation à deux étages a été remplacée par un turbocompresseur à géométrie de turbine variable et une astuce que nous détaillerons dans une prochaine brève tech permet d’effectuer un EGR interne sans avoir recours à une double loi de levée des soupapes. Koichi Shinbata ajoute : « Les têtes de pistons ont une forme qui permet de réduire le léchage des gaz sur les parois des cylindres. Le rapport volumétrique a cependant été relevé à 14,8 :1 pour atteindre des valeurs de pression et de température similaires aux 2.2 ». Le 1,5 développe 77 kW (105 ch) à 4000 tr/min et 220 Nm entre 1400 et 3200 tr/min, soit une réserve de couple de 20%. La consommation de la Mazda2 est homologuée à 3,4 l/100 km (89 g de CO2/km).
 
Une autre originalité technique différenciant les produits Mazda de la concurrence est le lancement assisté par combustion qui, après coupure automatique du moteur à l'arrêt (i-Stop), garantit un redémarrage plus rapide que celui des moteurs de très nombreux concurrents Le système i-ELOOP de récupération d’énergie à la décélération et de stockage dans un module à supercapacité est également disponible sur le 1.5 SKYACTIV-G de 115 ch.
 
La nouvelle Mazda2 est la première Mazda diffusée en Europe à disposer du système de surveillance des angles morts (portée de 45 m sur 2x7 m de large, à partir de 30 km/h) qui vient compléter le système d'alerte de véhicule en approche et un système de détection d’obstacles en marche arrière, ces fonctions utilisant un radar de 24 GHz. Elle dispose aussi du système de freinage automatique d’urgence en mode urbain (entre 4 et 30 km/h, portée de 6 m, capteur infrarouge), d’une caméra assurant l’alerte de franchissement de ligne et de la gestion de l’éclairage qui bascule automatiquement les feux de route en feux de croisement pour ne pas éblouir les autres usagers. La finition « Sélection » dispose en outre d’un éclairage à LEDs de (18 W / LED) pour les feux de croisement et de route.
 
L’ergonomie du poste de pilotage évite que les yeux quittent la route : affichage tête haute (vitesse, navigation, et état des systèmes de sécurité active), contacteurs au volant et commandes entre les sièges pour éviter au conducteur de se pencher vers la planche de bord. Une molette entre les sièges contrôle l’écran 7 pouces de la console, mais celui-ci devient également tactile lorsque le véhicule est à l’arrêt afin de suivre la tendance des smartphones. Le logiciel est conçu pour recevoir des mises à jour en concession et le propriétaire du véhicule pourra lui-même télécharger gratuitement la cartographie numérique du système de navigation pendant 3 ans. Le système MZD Connect permet de connecter les utilisateurs à une liaison internet et d’accéder à un surcroît de contenus mobiles via la plate-forme de services « cloud Aha ».
 
Le poids mini à vide de la Mazda2 est de 970 à 1040 kg selon le moteur, ce qui en fait un des véhicules les plus légers du segment B.

Mazda ose le HCCI sur le futur moteur essence SKYACTIV-G de 2me génération !
 
En 2010, Mazda avait surpris l’industrie automobile en dévoilant les caractéristiques du 4 cylindres à essence 2.0 SKYACTIV-G à haut rendement thermique : 15% supérieurs à celui du précédent 2.0 litres. A l’opposé de la tendance du downsizing, ce moteur atmosphérique tire un bon rendement grâce à un rapport volumétrique le plus élevé jamais adopté sur un moteur à essence : 14,0 :1 ! Le diagramme de distribution est de type Atkinson, ce qui explique en partie ce rapport volumétrique (il est de 13 :1 sur la Toyota Prius utilisant également ce principe), mais les ingénieurs japonais ont énormément travaillé sur la réduction des gaz d’échappement résiduels. Ce moteur est actuellement commercialisé en Europe sur les Mazda3, Mazda6 et CX-5, en version 88 kW (120 ch), 107 kW (145 ch) ou 121 kW (165 ch). Une variante 4 cylindres SKYACTIV-G 1.5 (74 kW / 100 ch) équipe la Mazda3 et la Mazda6 dispose d’un SKYACTIV-G 2.5 de 141 kW (195 ch), mais avec un rapport volumétrique réduit à 13 :1 afin de privilégier la puissance.
 
Le constructeur japonais vient de nous dévoiler les principales caractéristiques de la deuxième génération du 2.0 SKYACTIV-G. Le concept de base est l’emploi de la combustion HCCI, ce qui est plutôt une surprise tant de nombreux motoristes avancent que le contrôle de ce type de combustion est difficile, surtout en essence. Joachim Kunz, du centre R&D, justifie cette orientation : « La combustion HCCI permet d’augmenter le rendement thermique tout en respectant les normes sur les émissions polluantes, particulièrement les NOx et les particules. C’est l’évolution logique du programme SKYACTIV-G entrepris depuis 2006. Nous pouvons obtenir une baisse de consommation allant jusqu’à 30%. Le HCCI permet aussi de brûler des mélanges aussi pauvres que ceux des diesels. Le meilleur rendement est également obtenu par la réduction des pertes par pompage. ». Mazda annonce ainsi atteindre un pic de rendement de 48% (180 g/kW.h) à 2000 tr/min.
 
Pour rappel, la combustion HCCI (Homogeneous charge compression ignition), parfois appelée de façon peut-être plus exacte dans ce cas CAI (Controlled Auto Ignition), enflamme un mélange homogène par auto-allumage. Tout le mélange brûle instantanément à l’opposé de la combustion par allumage commandé qui se diffuse dans la chambre en front de flamme. L’inflammation par compression est facilitée par un rapport volumétrique monté à 18 :1 et contrôlée par le système d’injection, les circuits d’EGR et les lois d’ouvertures variables des soupapes. Le coefficient d’excès d'air peut ainsi atteindre 5 à 6, un mélange totalement impossible à enflammer avec un système d’allumage conventionnel !
 
 
Le mode HCCI n’est utilisé qu’à faible charge. Joachim Kunz : « Nous travaillons sur l’extension de la combustion HCCI jusqu’à 50% de charge et sur un passage fiable vers le fonctionnement par allumage commandé pour les charges supérieures ». Sous pleine charge, le rapport volumétrique reste figé à 18 :1, mais le taux de remplissage est réduit afin de limiter la pression en fin de compression et d’éviter le cliquetis. Les frottements devraient par ailleurs être réduits de 20%.
 
L’orientation du développement pour la troisième génération SKYACTIV-G est basée sur une chambre de combustion permettant une transformation adiabatique – sans aucun transfert thermique avec le milieu extérieur – afin de s’attaquer cette fois-ci aux pertes par le système de refroidissement et dans une moindre mesure par l’échappement. Joachim Kunz : « Nous allons mener des recherches sur trois axes : diminution de la température de combustion, réduction de l’écart de température entre la chambre de combustion et le circuit de refroidissement et les nouveaux matériaux ». Le circuit de refroidissement travaillera donc à une température nettement plus élevée.
 
Le moteur SKYACTIV-G de deuxième génération devrait être commercialisé dans quelques années, mais bien avant 2020 nous assure-t-on. Il sera présenté avec plus de détail dans une prochaine brève tech.

BMW convaincu par l'efficacité de l'injection d'eau
 
Au Printemps, BMW avait révélé un concept M4 auquel avait été ajouté un système d'injection d'eau. Performant, prometteur, ce concept avait cependant un défaut : être basé sur une M4. Une voiture fantastique, mais une voiture chère, avec une technologie moteur d'un niveau particulièrement élevé. Un système d'injection d'eau peut-il aussi être intéressant dans une voiture moins sophistiquée, de tous les jours ? Surtout que BMW l'avait dit clairement, sa M4 était optimisée pour la performance. Et c'est logique. Personne n'achète une M4 pour faire des économies de carburant. BMW a alors développé ce second prototype, sur la base d'une série 1 dotée de son nouveau moteur 3 cylindres 1500 turbo-essence.
L'obejctif n'est plus simplement d'accroitre la puissance, mais aussi de réduire la consommation. Ce qui n'a rien de facile, et ce nouveau système d'injection d'eau est plus complexe que celui de la M4. Le système d'injection est en effet double, direct et indirect. L'injection peut avoir lieu soit dans la pipe d'admission, soit directement dans la chambre de combustion, via une pompe haute pression. C'est avec cette seconde architecture que l'injection d'eau se révèle la plus efficace pour améliorer le rendement moteur. Et encore, il a été nécessaire de modifier substantiellement les paramètres pour parvenir à une amélioration.
 
BMW nous dit d'abord que son système d'injection d'eau a été conçu pour les moteurs suralimentés. L'injection d'eau ayant une fonction refroidissante, il a été possible d'augmenter le taux de compression. Il est passé de 9,5 à 11 à 1, ce qui est vraiment beaucoup pour un moteur turbocompressé, mais il n'y a pourtant aucun cliquetis, les ingénieurs ont même pu augmenter la pression de suralimentation. L'avance à l'allumage a elle aussi été accrue, et on en déduit que toute la gestion électronique moteur a été revue en conséquence. Mais les résultats sont bien là. La puissance est en hausse de 10 %, la consommation en baisse de 8 % en usage quotidien.
 
Le progrès peut même se révéler plus important (20 % sur notre illustration), mais à pleine charge, à régime élevé. Plus on roule vite, plus la baisse de consommation permise offerte par l'injection d'eau, est grande. Cela ne va trop plaire à la sécurité routière, mais la courbe d'amélioration de la combustion par l'addition d'eau n'est pas droite. La combustion est améliorée par la température réduite, et elle est aussi plus propre grâce à l'apport d'oxygène. Sans oublier que l'indice d'octane de l'essence, normalement si important pour un moteur à taux de compression élevé, n'est pas ici essentiel. La technologie de l'injection d'eau est donc exploitable partout dans le monde.
Prototype BMW avec injection d'eauPrototype BMW avec injection d'eauAvec d'autant plus de facilité qu'il n'y a même pas à faire le plein d'eau. La consommation est faible en effet, inférieure à un litre d'eau aux 100 km, et BMW nous dit, c'est une vraie surprise, que pour un usage moyen en zone tempérée moyenne, son système d'injection d'eau est auto-alimentée par un système de récupération de la condensation autour de la climatisation. Ce n'était pas possible sur la M4 qui était prévue pour un usage extrême, mais cela fonctionnerait de manière satisfaisante sur une voiture en usage familial moyen en Europe. Fantastique ! Il reste que tout ceci est encore très expérimental. BMW aurait approuvé pour la série le système d'injection d'eau de la BMW M4, mais le second système de cette série 1, plus complexe et plus cher, a encore besoin de multiples validations.
 
Une certitude pourtant, puisqu'il s'agit du second prototype rendu public, l'injection pour les moteurs suralimentés à allumage commandé est une technologie valable, avec un réel potentiel pour augmenter la puissance et/ou réduire la consommation.  
BMW y croit.

L'enthalpie standard molaire de formation de l'eau à 298K (environ 25°C) est la quantité de  
chaleur émise  
ou absorbée lors de la réaction de formation de 1mole d’eau dans les conditions standard (P = 1bar, T = 298 K).
La réaction est exothermique. Le système libère donc 285,3 kJ.mol