Taux de compression variable

Le taux de compression variable (VCR) est une technologie permettant de régler le taux de compression d'un moteur à combustion interne pendant que le moteur est en fonctionnement. Cela permet d'augmenter le rendement énergétique sous des charges variables. Les moteurs à compression variable permettent de modifier le volume au-dessus du piston au point mort haut . Des charges plus élevées nécessitent des rapports plus faibles pour augmenter la puissance, tandis que des charges plus faibles nécessitent des rapports plus élevés pour augmenter l'efficacité, c'est-à-dire pour réduire la consommation de carburant. Pour une utilisation automobile, cela doit être fait pendant que le moteur tourne en réponse à la charge et aux exigences de conduite. L' Infiniti QX50 2019 est le premier véhicule disponible dans le commerce qui utilise un moteur à taux de compression variable.

Les moteurs à essence ont une limite de pression maximale pendant la course de compression, après laquelle le mélange air/carburant explose au lieu de brûler. Pour obtenir des puissances plus élevées à la même vitesse, il faut brûler plus de carburant et donc plus d'air. Pour y parvenir, des turbocompresseurs ou des compresseurs sont utilisés pour augmenter la pression d'admission. Cela entraînerait une détonation du mélange air/carburant à moins que le taux de compression ne soit réduit, c'est-à-dire que le volume au-dessus du piston soit plus grand. Cela peut être fait dans une plus ou moins grande mesure, avec des augmentations massives de puissance possibles. L'inconvénient est que sous une charge légère, le moteur peut manquer de puissance et de couple. La solution est de pouvoir faire varier la pression d'admission et d'ajuster le taux de compression en conséquence. Cela donne le meilleur des deux mondes, un petit moteur efficace capable de produire une grande puissance à la demande. De plus, le VCR permet l'utilisation gratuite de différents carburants en plus de l'essence, par exemple le GPL ou l'éthanol .

La cylindrée du cylindre est modifiée à l'aide d'un système hydraulique relié au vilebrequin et ajusté en fonction de la charge et de l'accélération requises.

Les moteurs à compression variable existent depuis des décennies, mais uniquement dans les laboratoires pour étudier les processus de combustion. Ces modèles sont généralement dotés d'un deuxième piston réglable placé dans la culasse, à l'opposé du piston de travail.

En 2018, Infiniti a commencé la production de son moteur turbo à compression variable, qui utilise une liaison mécanique pour obtenir la variabilité. Il a été installé dans leur SUV QX50. Le moteur peut produire n'importe quel taux de compression de 8:1 à 14:1. Le couple le plus élevé est atteint à 8:1, ce qui donne une accélération élevée, tandis que la meilleure consommation d'essence (efficacité énergétique) est atteinte à 14:1. Le contrôleur électronique du moteur répond à la pression sur la pédale d'accélérateur, en temps réel, modifiant le taux de compression de manière transparente. Bien que ce moteur ait une cylindrée de 2,0 L et soit un moteur à quatre cylindres en ligne, il n'utilise pas d'arbres d'équilibrage pour éliminer les vibrations secondaires . Il est intrinsèquement équilibré par la liaison mécanique.

En raison de la simplicité relative de la conception de la culasse (absence de soupapes d'admission), elle est un peu plus facile à mettre en œuvre dans les moteurs à deux temps . À partir de la fin des années 90, des modèles qui développent cette idée sont disponibles, comme celui de Yamaha , qui fait varier dynamiquement la taille de la chambre de combustion . Dernièrement (dans les années 2000), cette technologie a connu un regain d'intérêt, car elle est capable de brûler une large gamme de carburants (y compris les alcools, par exemple) comme le Lotus Omnivore.

Un moteur à deux temps commercialisé bien plus tôt, mais très petit (18 cm3) et pas assez puissant pour être très efficace, était le moteur Lohmann produit au début des années 1950 comme moteur de rattrapage pour vélos [4]. Ce moteur avait une culasse et un manchon d'une seule pièce, dont la distance par rapport au vilebrequin était réglée par un vérin à vis actionné par des câbles à partir d'une poignée tournante sur le guidon. Le réglage de la compression était essentiel au fonctionnement de ce moteur car il utilisait l'allumage par compression d'un mélange de carburant qui était introduit avant la course de compression et qui s'enflammait donc chaque fois que la compression l'amenait à une température suffisante. Cela signifiait que la compression nécessaire variait en fonction de la température de l'air, de la température du moteur et du type de carburant : avec trop de compression, le moteur souffrait d'un allumage prématuré et avec trop peu, il ne s'allumait pas du tout. Ainsi, l'opérateur devait ajuster la compression en permanence en fonction des variations des conditions de fonctionnement. Le moteur Lohmann n'a été produit que pendant environ cinq ans car le contrôle de la compression (simultanément avec le débit de carburant) nécessitait une pratique considérable, et parce que même avec un réglage optimal, il ne fournissait pas plus de puissance qu'un pilote moyennement en forme ne pouvait en fournir sans assistance.

Le premier moteur VCR construit et testé a été conçu par Harry Ricardo dans les années 1920. Ce travail l'a amené à concevoir le système d'indice d'octane qui est toujours utilisé aujourd'hui. De nombreuses entreprises ont entrepris leurs propres recherches sur les moteurs VCR, notamment Saab , Nissan , Volvo , PSA/ Peugeot - Citroën et Renault . L'Infiniti QX50 2019 est disponible avec une version de production du moteur à compression variable turbocompressé.

Le système Peugeot fonctionne en faisant varier la longueur effective des bielles reliant le piston à la manivelle. Lorsque la bielle est plus courte, le taux de compression est plus faible et vice versa. Sur le côté gauche du schéma se trouve le piston conventionnel d'un moteur à combustion interne. Sur le côté droit se trouve un vérin hydraulique à piston à double effet. Celui-ci agit par l'intermédiaire d'un système bielle-manivelle avec une roue dentée, dont le mouvement ajuste la longueur effective de la bielle et donc le taux de compression dans le cylindre gauche.

SAAB Automobile a ravivé l'intérêt pour la compression variable en présentant son moteur SVC au monde entier au salon de l'automobile de Genève en 2000. SAAB avait collaboré avec le « Bureau des technologies automobiles avancées » pour produire un moteur VCR à essence moderne qui présentait une efficacité comparable à celle d'un moteur diesel . Le SAAB SVC était un ajout avancé et fonctionnel au monde des moteurs VCR, mais il n'a jamais atteint la production en raison de la faillite de l'entreprise en 2016.

Le moteur, une implémentation du moteur Larsen VCR, se composait d'une culasse monobloc, qui contenait toute la distribution, et l'ensemble vilebrequin/carter. Ces pièces étaient reliées par un pivot qui permettait un mouvement de 4 degrés contrôlé par un actionneur hydraulique. Ce mécanisme permet de faire varier la distance entre l'axe du vilebrequin et la couronne du cylindre. Contrairement à la conception Peugeot, la longueur effective de la bielle est fixe. Un compresseur a été choisi de préférence à un turbocompresseur pour obtenir le temps de réponse nécessaire et une pression de suralimentation élevée.

Pour modifier le V _c , le SVC « abaisse » la culasse plus près du vilebrequin . Il le fait en remplaçant le bloc moteur monobloc typique par une unité en deux parties, le vilebrequin étant dans le bloc inférieur et les cylindres dans la partie supérieure. Les deux blocs sont articulés ensemble sur un côté (imaginez un livre posé à plat sur une table, la couverture avant étant maintenue à environ un pouce au-dessus de la page de titre). En faisant pivoter le bloc supérieur autour du point d'articulation, le V _c (imaginez l'air entre la couverture avant du livre et la page de titre) peut être modifié. En pratique, le SVC ajuste le bloc supérieur sur une petite plage de mouvement, à l'aide d'un actionneur hydraulique .