Le Downsizing et le Downspeeding

Description détaillée
Méthodes et pratiques
Impact sur les compétences en atelier

Innovation créatrice de nouvelles compétences: Non
Innovation génératrice de nouvelles activités: Non
Phase de développement de l'innovation: Commercialisé depuis plusieurs années

Date de création: 02 décembre 2016
Date de mise à jour: 23 avril 2018

En bref

Conserver une puissance équivalente en abaissant la cylindrée pourra inquiéter le consommateur, tout particulièrement sur le plan de la fiabilité. D'ailleurs, les constructeurs l'ont bien intégré en limitant la communication sur les valeurs de cylindrée et en valorisant les résultats (puissance-couple-consommation).

En réalité, ces inquiétudes sont sans véritable fondement. En effet, avec le downsizing, les constructeurs utilisent des moteurs plus modernes au fort rendement en remplacement de vieux blocs ayant atteint leurs limites de développement technique.

Les avantages du downsizing sont nombreux, comme de limiter le poids sur les roues avant pour un agrément de conduite et un comportement routier supérieur (pouvoir directionnel, vivacité...). On vise aussi à réduire les consommations de carburant et les rejets de CO2.

À l'avenir, ces arguments prendront certainement encore plus d'importance avec l'augmentation prévisible du prix des carburants et la future règlementation européenne sur les émissions de CO2 qui entrera en vigueur dès 2020.

Innovation créatrice de nouvelles compétences: Non
Innovation génératrice de nouvelles activités: Non
Phase de développement de l'innovation: Commercialisé depuis plusieurs années

Date de création: 02 décembre 2016
Date de mise à jour: 23 avril 2018

Description détaillée

Présentation :

Pour réduire la consommation des véhicules et les émissions de CO2, les constructeurs travaillent sur plusieurs points :

Réduire la résistance à l'avancement du véhicule et notamment sa traînée aérodynamique (SCx) et sa résistance au roulement (pneumatiques / route).
Améliorer le rendement de la transmission.
Réduire la masse du véhicule.
Améliorer le rendement du moteur thermique.

Le rendement du moteur est le rapport entre l'énergie récupérée en bout de vilebrequin et l'énergie consommée (carburant). Voici quelques exemples de rendement de moteurs à essence :

Rendement maximum : 37% (en pleine charge).
Rendement moyen sur le cycle d'homologation NEDC : 25 % (dans le meilleur des cas).
Rendement moyen lors d'utilisations courantes : inférieur à 20%.
Lorsque le véhicule est à l'arrêt et que son moteur fonctionne, le rendement est nul (0%).

Pour un rendement de 20% :

20 % de perte par frottement (ligne d'arbre, distribution, accessoires moteur…).
5 % de perte dans la transmission.
3 % de perte par pompage.
52 % d'énergie perdue sous forme de chaleur (parois moteur, circuit de refroidissement et échappement).

Les solutions :

Le Downsizing est un procédé qui consiste à réduire la cylindrée d'un moteur tout en conservant le même niveau de performance. Pour y parvenir, les constructeurs font appel à la suralimentation et souvent à l'injection directe d'essence.
Le Downspeeding est un procédé qui consiste à limiter la vitesse de rotation du moteur pour privilégier les phases de fonctionnement à forte charge. En effet c'est lorsque le moteur à essence est fortement sollicité (forte charge) que son rendement est le meilleur (isoconsommation la plus basse). Pour y parvenir, les constructeurs augmentent le nombre de rapport des transmissions (boîtes de vitesses à 6, 7, 8 rapports…).
Le Rightsizing consiste à développer le moteur et la gestion moteur en tenant compte à la fois des caractéristiques et de l'utilisation du véhicule sur lequel il va être implanté.
La réduction du nombre de cylindres : Passer de 4 à 3 voire 2 cylindres permet d'augmenter la cylindrée unitaire des moteurs. L'utilisation de grands cylindres permet de réduire les pertes thermiques.
La valorisation de l'énergie perdue à l'échappement : les cycles Atkinson et Miller, les récupérateurs de chaleur (chauffage habitacle), les turbocompresseurs, les turbocompresseurs électriques…

Le tableau ci-après met en évidence la réduction de consommation de moteurs modernes par rapport à des moteurs de générations plus anciennes.

Pourquoi le Downsizing ?

Dans ce premier exemple, le moteur 4 cylindres de 135 ch n'est pas suralimenté, sa zone d'isoconsommation la plus basse (240 g/kWh) n'est pas optimisée et reste petite. En utilisation, le rendement moyen du moteur sera faible.

Dans ce second exemple, le moteur 3 cylindres de 130 ch est suralimenté par turbo, il est équipé d'une injection directe. Sa zone d'isoconsommation la plus basse (240 g/kWh) est grande. En utilisation, le rendement moyen du moteur sera plus élevé.

La réduction de cylindrée permet de réduire les frottements (surfaces de contact réduites).
La masse totale du moteur est réduite et participe à l'amélioration du rendement global du véhicule.

Pourquoi le Downspeeding ?

Il s'agit de moteurs éco-suralimentés (petite cylindrée, turbo et injection directe). Dans ce cas, les constructeurs vont optimiser le fonctionnement du moteur dans la zone d'isoconsommation la plus basse. Pour cela ils vont augmenter le nombre de rapports des boîtes de vitesses (jusqu'à 8 rapports). Dans cet exemple, l'objectif sera de privilégier un fonctionnement du moteur dans la zone verte (1600 à 4300 tr/min).

Pourquoi la réduction de la cylindrée unitaire ?

Un petit cylindre présente une grande surface de parois par rapport à un grand cylindre. Les échanges thermiques vers l'extérieur sont donc importants. Pour obtenir un rendement thermique élevé, les constructeurs vont s'efforcer de conserver une cylindrée unitaire élevée (supérieure à 300 cm³). Les moteurs 4 cylindres de moins de 1200 cm3 sont donc souvent remplacés par des moteurs à 3 cylindres.

La réduction du nombre de cylindres permet également de réduire le nombre de pièces en mouvement et donc les frottements.

Les technologies associées au Downsizing et au Downspeeding :

La suralimentation et l'injection directe :

Pour obtenir un bon niveau de performances sur les moteurs de faible cylindrée, les constructeurs ont souvent recours à la suralimentation par turbocompresseur. La suralimentation appliquée au moteur essence n'est pas sans conséquence. On constate :

Une combustion plus difficile à maîtriser (risque de rumble et de cliquetis), les rapports volumétriques sont donc revus à la baisse.
Des températures de turbo élevées (supérieures à 1000 °C).

L'injection de carburant dans le cylindre va permettre de refroidir l'enceinte thermique du moteur. Les rapports volumétriques peuvent être augmentés, les températures de combustion sont abaissées (protection du turbocompresseur).

La réduction de la cylindrée et du nombre de cylindre :

L'application du Downsizing à des moteurs essence de moins de 90 kW (120 ch) pousse souvent les constructeurs à développer des moteurs suralimentés à 3 cylindres. (Lien fiche moteurs 3 cylindres).
Exemple :

Moteur Renault TCE 90 ch (H4Bt).
Moteur PSA THP 110 ch (EB2DT).
Moteur VW 1.0 TSI 95 ch (CHZB).

Diffusion sur le marché	Le Downsizing et le Downspeeding se généralisent sur les motorisations essence. Ces technologies sont présentes sur toutes les gammes de moteur.
Constructeurs concernés	Tous les constructeurs sont concernés par le Downsizing et le Downspeeding. On peut citer : Renault, Audi, PSA, BMW, Ford, Opel, Fiat...
Innovation engendrant des entretiens	Oui
Innovation engendrant des réparations	Oui
Dispositif législatif en rapport avec l'innovation	Règlement Euro 5 et Euro 6 n° 715/2007. Instruction technique de l'OTC IT F8.
Contrôle technique	Avec l'évolution des normes Euro, le contrôle technique ne cesse d'évoluer en matière de mesure de pollution. Véhicules essence : Ils sont contrôlés en fonction de seuils limites qui font référence à leur date de mise en circulation. Une méthode dite "classique" sera appliquée pour les véhicules mis en circulation du 01/01/1972 au 31/12/1995 (VP) ou au 31/12/1996 (CTTE). Une méthode dite "dépolluée" sera appliquée pour les véhicules mis en circulation depuis le 01/01/1996 (VP) ou depuis le 01/01/1997 (CTTE). La méthode dite "classique" est une mesure effectuée uniquement au ralenti. La méthode dite "dépolluée" est une mesure effectuée au ralenti, puis au ralenti accéléré pour le CO. A ces mesures est ajoutée la vérification de la valeur lambda. Véhicules Diesel : Ils sont contrôlés en fonction de : L'architecture moteur (athmo ou turbo) Leur date de mise en circulation (avant ou après le 01 juillet 2008 et hors véhicules Euro 6) Leur norme d'homologation (Euro 6) Le seuil réglementaire le plus bas actuellement est celui attribué aux véhicules fabriqués selon la norme Euro 6 : 0.7 m-1. Mais si leur seuil d'homologation est connu soit en consultant une base de données, soit en consultant les indications de la ou des plaques constructeur qui se trouvent dans le compartiment moteur, alors c'est ce seuil qui devra être retenu comme valeur maxi.
Mots-clés	Downsizing, downspeeding, écosuralimentation, écoturbo, réduction cylindrée.

Méthodes et pratiques

Entretien :

Les moteurs essence éco-suralimentés (injection directe + turbo) doivent être entretenus suivant le programme d'entretien préconisé par le constructeur.

Vidange et remplacement de l'huile moteur (utiliser l'huile préconisée),
Remplacement du filtre à huile,
Remplacement du filtre à air,
Remplacement des bougies d'allumage,
Remplacement du liquide de refroidissement,
Remplacement de la courroie d'accessoire et du kit de distribution...

Réparation :

2 technologies équipent généralement ces moteurs éco-suralimentés : l'injection directe et la suralimentation par turbo. Le remplacement de la pompe à essence haute pression, d'un ou plusieurs injecteurs ou du turbocompresseur peut s'avérer nécessaire suite à une panne. (voir fiche IDE et suralimentation).

Entreprises concernées aujourd'hui	Centres auto, Spécialistes, MRA, RA2, RA1
Métiers concernés	Mécanicien-Technicien Auto

Impact sur les compétences en atelier

Un opérateur service rapide qui intervient sur un moteur essence éco-suralimenté doit :

Connaitre les critères de sélection des fluides et des pièces à remplacer lors des entretiens.
Savoir utiliser la documentation technique d'atelier (procédures et périodicités des entretiens).
Savoir utiliser l'outillage destiné à l'entretien périodique d'un véhicule.
Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions de base.

Un technicien qui intervient sur un moteur essence éco-suralimenté pour effectuer une recherche de panne ou une réparation doit :

Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
Connaitre le fonctionnement des systèmes de suralimentation essence (mettre lien fiche suralimentation essence).
Connaitre le fonctionnement du circuit de lubrification et de refroidissement des moteurs essence.
Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
Savoir utiliser un manomètre, un multimètre.