Taux de compression variable MCE-5

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Description détaillée

Dans une politique de réduction de la consommation et des émissions polluantes, il faut améliorer au maximum le rendement du moteur thermique.
Avec les technologies des motorisations actuelles, pour atteindre ces objectifs, il faut améliorer la qualité de la combustion en passant par l'injection directe par exemple ou encore optimiser le rendement moteur en passant par le downsizing.
Cependant toute ces technologie laissent tout de même le constructeur face à un dilemme qui est de choisir le taux de compression le mieux adapté au meilleur compromis performances consommation étant donné que ce rapport volumétrique restera fixe.
Donc pour aller encore plus loin dans l'amélioration des moteurs, il faudra passer impérativement par une technologie capable de modifier le taux de compression en temps réel  (VCR) en fonction des besoins et des conditions d'utilisation du moteur.
Nous traitons ici d'une de ces technologies encore à l'étude qui est le MCE-5.

Le système MCE-5 permet de modifier le taux de compression de chaque cylindre indépendamment ou simultanément selon l'évolution du systéme.
Le système intégré à l'intérieur du moteur permet de garder les mêmes dimensions qu'un moteur classique et par conséquent ne modifie en rien son implantation dans le véhicule.

A l'intérieur, le système est identique avec un système bielle manivelle à la différence que chaque piston est placé sur pivot permettant, grâce à une commande à crémaillère de remonter ou descendre le piston par rapport à sa position d'origine.

Ainsi le taux de compression peut varier de  7 : 1  à  18 : 1 en 100ms

Actuellement, plusieurs constructeurs étudient très sérieusement cette technologie et en particulier sont coût de revient afin de prévoir une éventuelle commercialisation en 2012.
Le déplacement du cylindre de commande permet grâce au levier intermédiaire de modifier la hauteur du piston.
 

La modification de la position du cylindre de commande s'effectue grâce à un moteur électrique et un arbre à excentrique, ce qui rappelle fortement le systéme de commande BMW valvetronic.
 

Cette technologie, outre la partie mise en œuvre, offre sur un plan théorique toute une série d'avantages et d'améliorations possibles des techniques actuelles.
- Meilleure compatibilité de la suralimentation et de l'injection directe.
- Meilleur balayage du cylindre.
- Combustion par auto-inflammation (CAI).
- Hard-downsizing.
- Réduction de la PMF (pression moyenne de frottement) totale.
On parle aussi d'une adaptation plus efficace de la suralimentation au moteur avec l'IDE en ayant recours au balayage de charge, mais cette stratégie est également disponible sur les moteurs à injection indirecte avec une efficacité à peine inférieure.
C'est sur le taux de compression moyen que s'établit l'une des premières différences entre le taux de compression variable (VCR) et l'IDE : à prix de revient comparable, le VCR permet de remonter le taux de compression à basse charge des moteurs fortement suralimentés.
De 9:1 à 16:1 quand l'IDE permet de remonter le taux de ces mêmes moteurs de 9:1 à 10:1 seulement (7 points au lieu d'un seul point).
La deuxième différence fondamentale entre VCR et IDE, c'est le taux de downsizing maximal qui peut être atteint sans dégradation du taux de compression moyen.
Ce taux est principalement déterminé par la résistance au cliquetis du moteur. Dans le cas de l'IDE, la résistance au cliquetis du moteur est augmentée par la vaporisation du carburant directement dans la chambre. Dans le cas du VCR, la limite de résistance au cliquetis du moteur n'est plus un facteur limitatif,  le cliquetis est directement contrôlé par le taux de compression qui peut être redescendu jusqu'à 8:1 et au-dessous si nécessaire.
La seule limite à la pression de suralimentation d'un moteur VCR, c'est sa résistance mécanique et thermique et les possibilités de son système de suralimentation.
Ceci ouvre la voie au “hard downsizing”. Le problème du hard downsizing reste la dépendance du moteur à la suralimentation pour parvenir à “émuler” de façon la plus pertinente possible un moteur atmosphérique de cylindrée supérieure.
Pour bénéficier des gains en consommation sans pénaliser l'agrément de conduite, plus le downsizing est sévère, plus le système de suralimentation doit s'avérer performant pour délivrer du couple dès les plus bas régimes avec un turbo-lag réduit.
Dans le cas contraire, le downsizing va s'accompagner d'un upspeeding de sorte que la réduction de cylindrée perd une grande part de son efficacité (ré-augmentation des pertes par pompage et des pertes par frottement).
Les performances et la faible consommation des Diesel proviennent en grande partie du downsizing sévère qu'a permis la suralimentation.
Les moteurs VCR vont procéder selon la même logique.
En conclusion, le VCR ressemble bien au Diesel du fait que son taux de compression (taux de détente) moyen est comparable et que les valeurs de couple maxi qui peuvent en être obtenues sont élevées : le VCR peut être couplé avec une forte suralimentation sans conséquences sur le taux de compression moyen du moteur.

Une autre caractéristique du VCR est de maintenir une combustion rapide qui s'opère selon la combinaison taux-de-compression / avance-à l'allumage la plus favorable pour le rendement. À basses charges, le taux de compression élevé du VCR réduit le volume de chambre (réduction du taux de gaz brûlés résiduels) et augmente la pression et la température, ce qui favorise la rapidité et le rendement du cycle et réduit les instabilités de combustion. À charges élevées, s'il est nécessaire de dégrader l'avance pour éviter le cliquetis des moteurs à taux fixe, le VCR permet de choisir un taux de compression et une avance plus adaptés qui conduisent à des gains en rendement très significatifs (de l'ordre de +5 à +7 %).
Sur un moteur fortement suralimenté, cela permet de réduire la nécessité de surenrichir la charge. En résumé, le VCR permet de contrôler la température et la pression de combustion, le rendement indiqué et la température échappement, le volume de chambre et le taux de gaz brûlés résiduels.
Cependant, les moteurs VCR Otto- Atkinson constitueront l'ultime évolution des moteurs à allumage commandé. Le cycle d'Atkinson (ou cycle de Miller) est parfois appliqué aux moteurs à taux de compression fixe, mais en ce cas, il n'apporte pratiquement aucun avantage car à faible charge, le taux de compression est trop bas pour brûler rapidement le mélange carburé à cause de la fermeture tardive de la soupape d'admission. A forte charge, le taux de compression est trop élevé ce qui réduit le couple maximum à cause de l'impossibilité de remplir pleinement le cylindre.
Bref, ce système très prometteur offre de nombreuses possibilités d'adaptabilité avec les autres technologies.
Ce qui pour conclure nous permet de croire que l'apparition de cette technologie sur le marché, si elle doit se faire, se fera en accompagnement d'autres techniques dont les plus sérieuses sont la CAI et le cycle Atkinson.

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Méthodes et pratiques

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Impact sur les compétences en atelier

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