Le moteur wankel remis à l'honneur
Présentation de la Mazda MX-30 e-SkyActiv R-EV
Au Salon de l'Auto de Bruxelles, Mazda a dévoilé la MX-30 e-SkyActiv R-EV. Une voiture exceptionnelle, toujours électrique, qui ne voit pas son autonomie limitée par une capacité de batterie trop faible. Un générateur embarqué alimenté par des combustibles fossiles garantit l'alimentation en énergie de l'entraînement électrique et peut maintenir la capacité de la batterie à tout moment et en tout lieu.
La MX-30 e-Skyactiv R-EV est donc - contrairement à la plupart des hybrides - un hybride de série. Alors que dans un système hybride parallèle, le moteur électrique et le moteur à combustion entraînent tous deux le véhicule, un système hybride de série est toujours alimenté par l'électricité, le moteur à combustion alimenté par des combustibles fossiles ne participant jamais à la propulsion.
Du moins pas mécaniquement. La tâche de l'ICE actif se limite ici à alimenter un générateur embarqué, qui doit à son tour alimenter la batterie et/ou le moteur électrique.
hybride de série et hybride rechargeable de série
Avec sa configuration hybride de série, la MX-30 e-SkyActiv R-EV peut-elle être qualifiée d'exclusive? Pas tout à fait. Les agencements ePower récemment introduits dans certaines voitures Nissan sont un autre exemple d'application hybride de série.
Par son concept, cette application Nissan diffère de cette MX-30 e-SkyActiv R-EV. De série, bien sûr. Mais la Mazda est une hybride de série rechargeable. Les Nissan dotées de la configuration ePower sont des hybrides autorechargeable, dont la batterie ne doit ou ne peut pas être 'rechargée' à la prise domestique.
Mais quelle est la principale raison pour laquelle la MX-30 e-SkyActiv R-EV est unique en tant qu'hybride rechargeable de série? Eh bien, c'est le fait que son générateur embarqué n'est pas entraîné par un moteur classique à 3 cylindres en ligne. Il est propulsé par un moteur rotatif wankel.
Autre fait unique: cette Mazda est dérivée d'un modèle présenté d'abord comme un BEV (battery-electric vehicle): la MX-30 BEV. Et dire qu'il n'y a pas si longtemps, les VE n'étaient qu'un moulage conceptuel d'un modèle classique à moteur thermique.
Basée sur la MX-30: à retenir
Avec la MX-30 BEV, Mazda a fait ses premiers pas dans le monde des voitures purement électriques. Nous avons précisé précédemment que Mazda a délibérément opté pour un stockage d'énergie plus petit ici. Avec une gamme plus restreinte mais avec la perspective d'une valeur ajoutée environnementale et énergétique. Car même chez Mazda, on s'est vite rendu compte que la voiture électrique ne suffira pas à elle seule à délivrer l'humanité de son péché (le CO2).
Avec la MX-30, Mazda a démontré la valeur ajoutée - ignorée par de nombreux constructeurs - des batteries à stockage d'énergie limité et a délibérément opté pour une capacité de batterie moindre. Résultat: moins de charge en CO2 et moins de pollution environnementale lors de l'extraction et du traitement des ressources rares mais aussi moins d'émissions de CO2 lors de la production des batteries.
Les batteries plus petites sont aussi plus légères et plus compactes. Moins de poids signifie une moindre consommation d'énergie pendant la conduite et une moindre usure des pneus. Et - à moins que nous n'ayons pas été attentifs en cours d'électricité - la recharge des batteries nécessite également de l'énergie pour stocker l'électricité. Ces pertes dites de charge et de conversion peuvent être réduites, mais elles sont loin d'avoir disparu.
En outre, une batterie à faible capacité énergétique entraîne proportionnellement moins de pertes de conversion et de charge qu'une batterie à haute puissance pour y stocker une quantité d'énergie identique.
Prolongateur d'autonomie
Bien entendu, une batterie plus petite se traduit par une autonomie moindre. La MX-30 est équipé d'une batterie Li-ion de 35,5 kWh. Suffisante pour parcourir 200 km entre deux charges, mais un peu trop juste dans la quête d'une autonomie électrique toujours plus grande. Visant une plus grande autonomie et considérant les inconvénients en matière d'environnement et d'efficacité énergétique, Mazda n'a pas cherché à se réfugier dans des batteries (beaucoup) plus lourdes.
Dès le lancement de la MX-30 - il y a trois ans environ - Mazda travaillait déjà à la mise au point d'un prolongateur d'autonomie. Nous avons pu voir le résultat de ces efforts en première mondiale au salon de l'auto à Bruxelles.
Générateur embarqué
C'est sur base de sa première voiture à batterie, la MX-30 BEV, que Mazda a développé la MX-30 e-SkyActiv R-EV. Il s'agit d'un hybride rechargeable qui combine les avantages de la conduite électrique pure avec ceux d'un hybride de série, garantissant une alimentation électrique à bord à tout moment (jusqu'à épuisement des ressources fossiles, en tout cas). Avec pour conséquence une augmentation significative de l'autonomie en conduite électrique.
De manière unique, le MX-30 e-SkyaAtiv R-EV s'appuie sans aucun doute sur un moteur wankel pour assurer cette alimentation électrique. Ce qui, dix ans après que Mazda a cessé la production de masse de voitures à moteur wankel, permet à ce moteur à combustion rotatif de faire son retour. Non pas pour entraîner une voiture, mais pour faire fonctionner le générateur d'énergie embarqué en ces temps agités d'électrification des voitures.
Des perspectives d'avenir prometteuses
Les moteurs wankel sont plus compacts que les moteurs en ligne classiques en termes de puissance. Ils permettent donc de gagner de l'espace et leur incorporation dans un moteur (d'entraînement) ou un générateur de puissance est moins complexe. En tant que moteur à combustion rotatif, ils forment un seul axe avec l'arbre de l'alternateur à entraîner. Les moteurs en ligne s'y prêtent également et peuvent être intégrés de manière à ce que leur vilebrequin soit aligné avec l'arbre de l'alternateur.
Néanmoins, les moteurs en ligne doivent d'abord convertir le mouvement de haut en bas généré par les pistons dans les cylindres en une altération rotative via les bielles et le vilebrequin. Ce qui donne également au moteur wankel l'avantage de minimiser les vibrations. Des vibrations qui - surtout pour les trois-cylindres classiques - nécessitent l'incorporation d'arbres d'équilibrage tournant à l'opposé du vilebrequin. Donc avec plus de poids et aussi moins de gain de place.
Après de timides tentatives de NSU, Mazda a été le premier constructeur au monde à commercialiser avec succès le moteur wankel. Bien que la production en série des voitures à moteur wankel de Mazda ait cessé en 2012, ce constructeur n'a jamais négligé la recherche et le développement de cette technologie. En cette période de turbulence de l'électrification automobile, ces efforts semblent porter leurs fruits.
Comme Mazda utilise désormais ce moteur wankel optimisé comme générateur, les avantages de la technologie hybride de série toujours électrique peuvent également être combinés à l'autonomie accrue d'un PHEV. Dans le MX-30 e-SkyActiv R-EV, le nouveau moteur rotatif contribue ainsi à un montage simple et coaxial et à l'intégration d'un générateur et d'un moteur électrique de faible épaisseur.
L'ensemble forme un ensemble compact qui s'intègre harmonieusement dans le compartiment moteur et ne nécessite aucune concession en termes d'espace intérieur.
Injection directe
Alors que le moteur Renesis de la légendaire RX-8 avait deux rotors et une capacité de 654 cc, le moteur wankel de la MX-30 e-SkyActiv R-EV n'a qu'un seul rotor et une capacité de 829 cc. Le rayon du rotor de ce dernier est de 120 mm.
Ce rayon est en partie déterminé par la courbe trochoïdale qui suit le rotor en rotation. Nous nous souvenons de nos cours de géométrie et de thermodynamique que cette courbe est formée par un point sur un cercle (dans ce cas, le rotor) lorsque ce cercle roule le long d'une ligne plate.
Et nous nous rappelons que les anciens moteurs wankel n'étaient pas des champions en matière d'économie de carburant et de valeurs d'émissions favorables. Une nouveauté majeure qui réduit considérablement les chiffres de consommation et d'émissions du moteur wankel de la MX-30 e-SkyActiv R-EV est l'ajout de l'injection directe.
Le mélange de carburant fourni dans un moteur wankel conventionnel se retrouvait principalement à l'arrière de la chambre de combustion. Et cela entraînait une combustion incomplète et des gaz non brûlés dans l'échappement.
Le moteur wankel de la MX-30 e-SkyActiv R-EV est à injection directe, ce qui signifie que le mélange air-carburant est atomisé plus efficacement et entre dans la zone de combustion de manière centrale. Il en résulte une combustion plus efficace, une économie de carburant et une réduction des émissions. Par ailleurs, Mazda a également ajouté de l'EGR, qui, à bas régime et à faible charge, réduit la consommation de carburant et la perte de gaz de refroidissement dans les chambres de combustion.
Et il y a une autre raison pour laquelle le nouveau 'wankel' agira de manière beaucoup plus économique dans cette configuration hybride série. Comme d'autres moteurs à combustion interne qui doivent faire tourner un générateur, ce moteur wankel pourra fonctionner principalement à régime constant. Donc à des régimes raisonnablement stables, ou du moins à des régimes qui sont moins soumis aux accélérations et décélérations constantes d'un véhicule.
Joints, moins de friction
En outre, pour ce nouveau moteur wankel, Mazda prévoit une amélioration des joints d'échappement et une optimisation - résistance à l'usure et réduction du frottement - des surfaces de glissement à l'intérieur du carter du wankel. On utilise de l'aluminium pour la surface du boîtier latéral et un revêtement plasma pulvérisé doit réduire la résistance au frottement.
Des joints Apex sont prévus à chacune des trois extrémités du rotor pour assurer l'étanchéité des chambres de combustion. Dans la MX-30 e-SkyActiv R-EV, la largeur de ces joints a été portée à 2,5 mm afin d'augmenter la résistance à l'usure.
Batterie et moteur électrique
La batterie de la MX-30 e-SkyActiv R-EV assure une autonomie en mode électrique pur de 85 km. Ce n'est pas excessif pour une voiture dont la base est une voiture entièrement électrique. Mais dans une optique de réduction de l'impact environnemental et d'efficacité énergétique des batteries (voir l'historique des batteries dans le MX-30), on a délibérément choisi une batterie de 17,8 kW. Encore une fois, pas d'oversizing, mais un rightsizing.
Comme la MX-30 BEV, la MX-30 e-SkyActiv R-EV utilise des cellules de batterie lithium-ion. La batterie est déjà compacte grâce à des cellules à densité énergétique plus élevée, mais aussi parce que les composants haute tension sont reliés par des rails d'alimentation. En outre, la structure plate du système de refroidissement a limité la hauteur du boîtier de batterie solidement ancré.
RÉSERVOIR, CHARGEMENT ET CHARGE RAPIDE
Le réservoir de 50 litres a un impact minimal sur l'espace intérieur et permet à cette voiture électrique de faire le plein partout en deux minutes. La batterie compacte de 17,8 kWh n'a pas non plus entraîné un manque d'espace intérieur. Quant à la recharge de la batterie, la MX-30 e-SkyActiv R-EV est compatible avec les chargeurs standard et rapides et peut même fournir jusqu'à 1.500 watts de puissance. Elle est donc compatible avec les chargeurs à courant alternatif (CA) monophasé et triphasé, ainsi qu'avec les chargeurs rapides à courant continu. Elle convient aux connexions de type 2 et CCS. Sur un chargeur rapide, la batterie de 17,8 kWh est rechargée de 20% à 80% en 25 minutes. Sur un chargeur CA triphasé de 11 kW, la batterie épuisée est rechargée en 50 minutes, avec un CA de 7,2 kW en une heure et demie. Sur la prise domestique (monophasée 16 A), il faut 8,5 heures.
Le moteur électrique (PSM) développe une puissance maximale de 125 kW (170 ch) à 9.000 tr/min et un couple de 260 Nm à 4.481 tr/min. Le boîtier du moteur a pu rester compact grâce au refroidissement liquide. Ce moteur électrique compact, associé à une batterie lithium-ion de 17,8 kW et à un réservoir d'essence de 50 litres, confère à la MX-30 e-SkyActiv R-EV une autonomie de 85 km en mode électrique pur, avec la possibilité de générer de l'énergie à bord grâce à un moteur wankel au ronronnement doux.
La conduite électrique, donc, avec la possibilité non négligeable d'éliminer l'angoisse de l'autonomie qui l'accompagne toujours...
