Mazda Skyactiv-X : le meilleur des deux mondes
Le moteur à combustion interne disparaîtra un jour, mais pour l’instant il n’est pas encore mort. Il a même quelques trucs à sortir de son chapeau, comme le démontre Mazda avec sa nouvelle génération de 4 cylindres, nommée Skyactiv-X.
Le jeu des différences
Commençons par les bases, voulez-vous. Admission, compression, détente et échappement sont les 4 temps de référence du moteur à combustion interne. Dans un moteur à essence, l’air et l’essence sont mélangés dans le cylindre durant la phase d’admission et c’est une bougie qui déclenche la combustion du mélange.
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Dans un moteur diesel, seul de l’air rentre dans le cylindre durant la phase d’admission et lorsque le carburant est introduit dans le cylindre, le mélange s’auto-enflamme grâce à la pression et à la température (le diesel n’a pas de bougies d’allumage).
Pour avoir un ordre de grandeur, le taux de compression (rapport du volume entre le point mort bas du piston et le point mort haut) d’un moteur à essence varie entre 8 et 13 :1 et se trouve généralement aux alentours de 10 :1. Alors que dans un moteur diesel, il varie entre 18 et 25 :1.
Parce que la combustion dans un moteur diesel est plus « violente », le diesel offre plus de couple. Mais parce que le carburant diesel brûle plus lentement, le moteur peine à monter dans les tours et à aller chercher de la puissance (la puissance est le produit du couple multipliée par le régime moteur). De plus, parce que les combustions sont différentes, les deux moteurs émettent des polluants différents (plus de CO2 pour l’essence, plus de particules pour le diesel).
Dans les deux cas, pour avoir un bon allumage, il faut mettre la bonne quantité de carburant. C’est ce qu’on appelle le rapport stœchiométrique, soit 14,7 volumes d’air pour un volume d’essence.
Mais pour faire des économies de carburant et moins polluer, on cherchera à créer ce qu’on appelle un « mélange pauvre », une combustion avec trop d’air par rapport à l’essence. Mais dans le cas d’un moteur à essence, cela peut entraîner de l’auto-allumage (combustion non désirée avant l’étincelle) et amener à la destruction du moteur.
HCCI
L’idéal serait donc de pouvoir contrôler l’auto-allumage du mélange air-carburant dans un moteur à essence pour avoir de la puissance, du couple et une réduction de la consommation. On obtient donc les avantages de l’essence et du diesel au sein d’un même moteur.
Théoriquement, ce type de moteur existe. On l’appelle HCCI (pour Homogeneous Charge Compression Ignition). Le sigle HC signifie que le mélange est homogène comme dans un moteur à essence et le CI indique un allumage par compression comme dans un moteur diesel, donc sans bougie.
Plusieurs constructeurs y travaillent depuis des années et ont même présenté des prototypes. Ces moteurs peuvent alterner entre deux modes : normal (allumage par bougie) et HCCI (allumage par compression) selon les circonstances. Le problème est que les moteurs HCCI sont très sensibles aux changements de conditions de circulation et aux variations atmosphériques et fonctionnent rarement dans des conditions optimales, limitant les réductions de consommation.
SPCCI
Mazda s’est aussi attaqué aux moteurs HCCI et, comme les autres, n’a pas réussi à en briser le code. Et c’est là que le constructeur d’Hiroshima est arrivé avec une solution innovante, qu’il appelle SPCCI (Spark Controled Combustion Ignition). La différence fondamentale est que Mazda utilise la bougie d’allumage en tout temps.
Un mélange pauvre air/essence (pouvant dépasser 30 volumes d’air pour un volume d’essence) est introduit dans le cylindre. Ce mélange est porté durant la compression dans des conditions proches de l’auto-allumage. Au moment idéal, une très faible quantité d’essence est injectée proche de la bougie.
La bougie est allumée et la combustion de cette petite poche de mélange plus riche crée une onde de pression dans le cylindre qui entraîne l’auto-allumage du mélange pauvre. Dans des conditions plus exigeantes (démarrage à froid, forte accélération), le moteur fonctionne en mode normal, avec un taux de compression de 14,7 :1.
En pratique…
En théorie, le SPCCI est simple à comprendre. Mais pour en arriver à une application commerciale, les ingénieurs de Mazda ont dû travailler fort. En ce qui concerne les composants mécaniques, ils ont réussi l’exploit de n’utiliser que des pièces existantes. Mais, par rapport au Skyactiv-G (les moteurs présentement montés dans la gamme Mazda) le bloc a été soigneusement revu.
La forme des pistons a été optimisée pour créer de la turbulence dans le cylindre. Ensuite, le Skyactiv-X utilise un capteur de pression dans la culasse. Il fait aussi appel à un compresseur, non pas pour améliorer la performance mais pour mieux gaver le moteur en air, ainsi qu’à un système d’injection d’essence à très haute pression.
Mais bien sûr, le tour de force est au niveau logiciel et dans la calibration pour s’assurer que la détonation arrive au bon moment et dans les bonnes conditions. Le Skyactiv-X intègre également le système i-ELOOP de freinage régénératif.
Comparer le moteur 2,0 L Skyactiv-G actuellement monté dans la Mazda3 au 2,0 L Skyactiv-X n’est pas évident puisque le Skyactiv-X n’est pas encore proposé en Amérique du Nord. Mais, pour avoir un ordre d’idée, nous pouvons comparer les données canadiennes aux données européennes.
Skyactiv-G (Canada) Skyactiv-X (Europe)
Puissance 155 ch 180 ch
Couple 150 lb-pi 165 lb-pi
Taux de compression 13,0 :1 16,3 :1
Consommation ville 8,7 L/100 6,6 L/100
Consommation route 6,6 L/100 4,6 L/100
Émissions de CO2 180 g/km 125 g/km
Attention, les cycles d’homologation américains et européens sont différents mais cela permet de constater que Mazda semble avoir atteint ses objectifs.
Le seul hic est que le Skyactiv-X n’est pas prévu chez nous pour tout de suite. Premièrement, les acheteurs américains semblent préférer la puissance à la réduction de la consommation.
Deuxièmement, le Skyactiv-X est tellement demandé en Europe et au Japon, malgré le surcoût, que Mazda n’arrive pas à en produire assez pour le moment.
Que ceux qui avaient enterré le moteur à combustion interne se ravisent. Mazda prévoit que 85% des véhicules neufs vendus dans le monde en seront encore équipés en 2030.