Présentation moteur: BMW i8

Présentation moteur: BMW i8

Guillaume Darding - 07 août 2019

La BMW i8 comporte deux motorisations distinctes: un moteur thermique installé à l’arrière et un moteur électrique positionné à l’avant. L'interaction des deux moteurs est d'une importance primordiale pour apporter à la fois de la performance et une consommation de carburant et d'électricité minimale, le tout sans déséquilibrer le véhicule par une mauvaise répartition de la puissance.

Moteur thermique

Architecture

Installé en position centrale et transversale, juste devant l’essieu arrière, le moteur thermique est constitué d’un bloc moteur et d'une culasse en aluminium comportant 3 cylindres. Ce groupe motopropulseur (nom de code B38) exploite une base moteur commune largement répandue dans la gamme BMW/Mini (moteurs 3 cylindres B38, 4 cylindres en ligne B46/B48 et 6 cylindres en ligne B58). La cylindrée s’élève à 1,5 litre.

BMW i8 - moteur thermique 1,5l turbo TwinPower

Le 3 cylindres TwinPower Turbo Technology est équipé de l'injection directe d'essence (à une pression pouvant atteindre 200 bar). Les pistons ont une course de 94,2 mm et un alésage de 82 mm. Il s’agit donc d’un moteur à architecture longue course, apte à développer un couple important à bas régime. Le taux de compression est de 9,5:1.

Afin de réduire les vibrations inhérentes au moteur 3 cylindres, le moteur de l’i8 est équipé d’un arbre d’équilibrage.

Le couple est transmis aux roues arrière par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses automatique à 6 rapports.

BMW i8 - Coupe et Roadster côte à côte de face

Performances

Le 3 cylindres turbo de l'i8 délivre une puissance de 231 chevaux à 5.800 tr/min pour un couple atteignant 320 N.m à 3.700 tr/min.

Distribution

La distribution se fait à l’aide d’une chaîne. Le moteur est équipé de 4 soupapes par cylindres. L'ouverture des soupapes est contrôlée par des technologies bien connues des moteurs BMW, à savoir le double VANOS (calage variable en continu des soupapes à l'admission et à l'échappement) et le Valvetronic (levée variable en continu des soupapes à l'admission).

BMW i8 - 3 cylindres TwinTurbo Technology B38 - chaîne de distribution

Alterno-démarreur

L’alternateur laisse place à un alterno-démarreur haute tension, permettant à la fois un redémarrage sans à-coup du moteur, mais aussi de recharger la batterie du moteur électrique. De plus, il est capable de fournir un couple non négligeable au moteur thermique (jusqu'à 50 N.m) en phase d'accélération.

Réduction des frottements

Afin de réduire les frictions, chaque cylindre reçoit un revêtement projeté à l’arc d’une épaisseur de 0,3 mm. Pour assurer une lubrification idéale du moteur tout en réduisant les frictions, la pompe à huile est à débit variable.

Turbocompresseur et échappement

Le turbocompresseur est de type monoflux (single scroll). Il peut fournir une pression de suralimentation pouvant atteindre 1,5 bar. Cette pression est régulée à l’aide d’une soupape de décharge (wastegate) électrique.

BMW i8 - 3 cylindres TwinTurbo Technology B38 - face échappement / turbocompresseur

Depuis le restylage et sur la version Roadster, le 3 cylindres est associé à un filtre à particules en complément du catalyseur 3 voies. Les systèmes de dépollution sont positionnés juste après la sortie du turbocompresseur, ces derniers nécessitant une forte température pour donner leur pleine mesure. 

De plus, lors d’un démarrage à froid, l'allumage des bougie est retardé et la wastegate reste ouverte au maximum afin de court-circuiter le turbocompresseur et de diriger le plus de chaleur possible directement vers les systèmes de dépollution.

La ligne d’échappement comporte un unique silencieux d’où sortent deux tuyaux distincts, dont l’un est équipé d’une vanne contrôlée électriquement afin de limiter le bruit moteur à bas régime notamment. Les deux tuyaux de sortie sont réunis dans une même canule ovale à droite discrètement intégrée dans le pare-choc arrière.

BMW i8 Roadster - vue détaillée arrière - sortie échappement

Admission

L’admission d’air se fait au niveau du passage de roue arrière gauche. Le papillon d’accélérateur, dont le rôle est limité avec la présence du Valvetronic, est refroidi par eau, tout du moins la partie électronique. Cela a été rendu nécessaire du fait de la position centrale arrière du moteur et du peu d'espace libre dans le compartiment moteur afin d'assurer une ventilation efficace de ce composant.

Réservoir d'essence

Le réservoir d’essence, construit en acier, est pressurisé afin de s’assurer que les vapeurs de carburant restent dans le réservoir lorsque l’i8 fonctionne uniquement avec l’aide de son moteur électrique. Lorsque le 3 cylindres est redémarré, de l’air frais est admis dans le réservoir pour purger l’air ambiant et les vapeurs de carburant sont redirigées vers les chambres de combustion via le circuit d’admission.

BMW i8 - boutonnerie portière conducteur - bouton ouverture trappe essence

En conséquence, il est nécessaire d’actionner un bouton (situé sur la portière conducteur au-dessus de la commande de réglage des rétroviseurs) afin de dépressuriser le réservoir et de libérer l’accès à la trappe de carburant.

Le réservoir d'essence a une capacité de 42 litres. Dans certains pays (dont l'Allemagne), la capacité du réservoir est réduite à 30 litres par défaut (le réservoir de 42 litres restant disponible en option).

Moteur électrique

Le moteur thermique est associé à un moteur électrique synchrone à aimants permanents (encastrés) développant 96 kW (131 chevaux) et 250 N.m. Ce dernier reprend la même conception que le moteur électrique de l’i3.

Avec l’apparition du BMW i8 roadster en 2018, BMW a fait évoluer le moteur électrique: celui-ci développe désormais 105 kW (143 chevaux), le couple reste inchangé à 250 N.m

BMW i8 - moteur électrique

Le moteur électrique est positionné au-dessus de l’essieu avant. La puissance du moteur électrique est transmise aux roues avant via une boîte de vitesses à 2 rapports. Il s’agit d’une boîte manuelle piloté électro-mécaniquement sans embrayage.

Le rapport le plus court (d’une démultiplication similaire à celle généralement utilisée pour un véhicule purement électrique) est utilisé uniquement lorsque le conducteur sélectionne le mode Max edrive. Dans tous les autres cas de figure, c’est le second rapport qui est utilisé pour transmettre la puissance du moteur électrique vers les roues avant.

BMW i8 - vue détaillée profil avant

Batterie

Le moteur électrique est alimenté par une batterie d'une capacité de 7,1 kWh, portée à 11,6 kWh sur la version restylée et le roadster. Cette batterie permet à l'i8 de parcourir près de 35 kilomètres en mode électrique (50 km avec la batterie de 11,6 kWh). La batterie prend place au niveau du tunnel entre les passagers servant habituellement au passage de la transmission.

La batterie Li-ion peut se recharger soit sur une prise domestique (recharge complète en 3h avec l'ancienne batterie ou 4h30 avec la nouvelle batterie), une wallbox ou une borne de recharge publique (recharge complète en 2h à 3h en fonction de la capacité de la batterie). La BMW est équipée d'une prise de type 2.

BMW i8 - prise de recharge de type 2

Interaction entre les moteurs

La puissance cumulée des deux moteurs atteint 362 chevaux et 570 N.m permettant de passer de 0 à 100 km/h en 4,4 secondes (4,6 secondes pour le Roadster). L’évolution du moteur électrique effectuée en 2018 permet à l’i8 de développer une puissance cumulée de 374 chevaux. La vitesse maximum est limitée électroniquement à 250 km/h.

BMW i8 - châssis Drive

La BMW i8 dispose de plusieurs modes de conduite sélectionnables par le conducteur:

  • Mode « comfort »: mode par défaut au démarrage du véhicule ou sélectionnable via un basculeur sur la console centrale.
  • Mode « Eco Pro »: mode cherchant à augmenter diminuer la consommation du moteur électrique et du moteur thermique pour en augmenter l’autonomie. Il est sélectionnable à l’aide du même basculeur que celui utilisé pour le mode « Comfort ». Le mode Eco Pro va agir en particulier sur la réactivité de la pédale d’accélerateur (il est nécessaire d’appuyer plus loin pour obtenir le même niveau d’accélération qu’en mode confort) et réduire la puissance des différents équipements électriques (climatisation, chauffage,…) afin d’optimiser l’autonomie du véhicule.
  • Mode Sport: ce mode permet d'obtenir les meilleures performances possibles. Il est sélectionnable à l’aide du levier de vitesses. Dans ce mode, le moteur thermique est celui qui va principalement fournir la puissance. Le moteur électrique va apporter un supplément de puissance, tout comme l’alterno-démarreur qui peut fournir jusqu’à 50 Nm de couple supplémentaire au moteur thermique.
  • Mode « Max eDrive »: mode sélectionnable à l’aide d’un bouton situé au-dessus du basculeur des modes Eco Pro et Comfort. Il permet de forcer l’i8 à fonctionner à l’aide du moteur électrique jusqu’à l’épuisement de la batterie. Dans cette configuration, l’i8 a une vitesse maximale de 120 km/h.

BMW i8 - console centrale - boutons de sélection des modes de conduite

Il n’y a aucune liaison mécanique entre le moteur thermique et le moteur électrique. En fonction des conditions d’adhérence sur chaque roue, le calculateur va optimiser la répartition de la puissance sur chaque essieu en agissant sur la puissance fournie par chacun des moteurs. En courbe, par exemple, la gestion moteur va tout d’abord privilégier le couple sur l'essieu arrière (moteur thermique) pour favoriser la maniabilité. En sortie de courbe, le moteur électrique redonne sa pleine puissance pour favoriser la motricité.

En mode « comfort », mode sélectionné par défaut, le calculateur va gérer la puissance fournie entre le moteur thermique et le moteur électrique de manière à ce que chacun des deux travaille dans sa zone de rendement maximal.

BMW i8 Roadster - vue de dessus capote repliée

En-dessous de 90 km/h (105 km/h sur la version restylée et le roadster), si la batterie est suffisamment rechargée et que la pédale d’accélérateur est peu sollicitée (faible demande en puissance), l’i8 circulera à l’aide du moteur électrique seul. Lorsque la vitesse repasse en-dessous de 100 km/h et que le conducteur sollicite la pédale de frein, le moteur thermique est à nouveau stoppé.

En mode « sport », le calculateur va chercher à exploiter toute la puissance disponible quelles que soient les conditions de conduite. A cet effet, le moteur thermique est privilégié et le moteur électrique va apporter un gain notable de puissance en support du moteur thermique.

BMW i8 - interactions entre les moteurs en fonction du mode de conduite

Pour recharger la batterie, la BMW i8 procède de 3 façons :

  • Le conducteur peut recharger la batterie sur une prise de courant ou une borne de recharge (mode privilégié pour recharger la batterie à 100%)
  • Au freinage ou au lever de pied, le moteur électrique devient générateur de courant tout comme l’alterno-démarreur qui récupère une partie de l’énergie du moteur thermique
  • A faible charge du moteur thermique: lorsque le calculateur détermine que le moteur thermique ne fonctionne pas dans une zone de rendement optimal (par exemple lorsque l’i8 évolue sur une route nationale à vitesse constante), il va alors augmenter la charge moteur en utilisant l’alterno-démarreur comme un générateur de courant. Ainsi, la charge moteur sera plus élevée et ce, afin que le moteur fonctionne dans une zone où le rendement est maximal.

Enfin, le niveau de charge de la batterie peut être optimisé lorsque le conducteur utilise le GPS intégré de l’i8. De cette manière, le calculateur va optimiser l’utilisation des moteurs et l’état de la batterie de manière à ce que l’i8 évolue à l’aide de son moteur électrique en milieu urbain par exemple et le calculateur de l’i8 prendra en compte le dénivelé afin de récupérer l’énergie au maximum à la décélération.

BMW i8 - électronique de puissance et moteur électrique

Gestion de la température

La BMW i8 peut compter sur deux circuits distincts: l’un ayant la charge de contrôler la température du moteur thermique, du collecteur d'échappement et du turbocompresseur, l’autre étant dédié au moteur électrique, à l’échangeur air/eau de l’air de suralimentation et au papillon d’accélérateur. Dans les deux cas, l’échange air/eau se fait de manière classique au niveau de deux radiateurs distincts positionnés derrière le pare-choc avant.

Enfin, la batterie fait appel au fluide réfrigérant du circuit de climatisation pour assurer une température homogène et sous contrôle au sein du module de la batterie.

La BMW i8 est équipée de volets actifs intégrés dans la calandre à l’avant. Lorsque les besoins de refroidir le liquide sont faibles, les volets sont fermés afin de réduire la traînée aérodynamique.

BMW i8 - vue détaillée aile arrière

Lorsque le moteur thermique est en fonction, le chauffage de l’habitacle est assuré, de manière classique par l’échange de chaleur entre l’air ambiant et le liquide de refroidissement moteur. Lorsque l’i8 fonctionne en mode électrique et que la température du liquide de refroidissement n’est plus suffisante, un chauffage électrique vient réchauffer le liquide en boucle courte (le liquide ainsi réchauffé ne circule pas à travers le moteur) et une pompe à eau électrique vient assurer la circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur.

La circulation du liquide de refroidissement primaire (en charge du moteur thermique) est assurée par une pompe à eau mécanique (entraînée par la courroie accessoires) et une pompe à eau électrique (pour les besoins spécifiques du turbocompresseur).

La circulation du liquide de refroidissement secondaire (en charge du moteur électrique) est assurée par deux pompes à eau électriques. 

Commentaires sur l'article:

Richardp

18 août 2019 à 09h01

Très bon article, bien détaillé.

Merci
Guillaume Darding [administrateur]

18 août 2019 à 22h44

Bonjour Richard, merci pour vos encouragements!
Charles

31 mars 2020 à 06h37

Coucou,
Je suis content d’avoir lu cet article sur la BMW i8. Je trouve que ce moteur de 3 cylindres sur le train arrière est un tour de magie. Je sais que cette motorisation a déjà fait ses preuves sur la Mini, mais là le TwinPower Turbo Technology est équipé d’une distribution Valvetronic, de l'injection directe d'essence et d’un turbo conséquent ! Cette voiture fait sans aucun doute des heureux avec sa puissance de 231 chevaux à 5.800 tr/min. Je vous remercie pour ce partage.
Guillaume Darding [administrateur]

02 avril 2020 à 22h51

Bonjour Charles, merci beaucoup pour vos encouragements !
Glef

24 octobre 2020 à 06h59

Article très propre

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Normes Euro 6 : vue d'ensemble»

Il y a 2 heures

Bonjour Chevallier, votre commentaire à propos de l'efficacité des systèmes SCR repose sur des données qui sont obsolètes car elles reposent sur les normes Euro 6b. Les SCR ont largement évolué depuis : plus proches du moteur et injecteurs plus performants en particulier. D'autre part, je rappelle que les SCR existent depuis de nombreuses années sur les poids lourds, donc les constructeurs n'ont pas attendus de les implanter dans les lignes d'échappement des automobiles pour découvrir subitement des problèmes de températures, "niant" tous les problèmes comme vous l'affirmez ! Concernant Amminex, si la technologie est prometteuse, elle est identique, dans son concept à de l'Adblue !!! Le SCR consiste à faire réagir du NH3 avec le NOx. La différence dans le cas d'Amminex (ou Faurecia ASDS, c'est selon), c'est que le NH3 est stocké directement à l'état gazeux tandis que dans le cas de l'Adblue, il faut convertir le liquide en gaz puis l'urée en NH3. Soit, mais le NH3 gazeux, il faut le stocker, ne pas le relâcher dans la nature (c'est un gaz toxique) et contrôler le débit dans les gaz d'échappement. Donc, la solution Amminex a aussi ses défauts, mais surtout, comment concevez-vous le changement de cartouche une fois celle-ci vide ? D'ailleurs, il faut un minimum de 2 cartouches (le temps de pouvoir changer la cartouche vide, la réduction des NOx doit impérativement être opérationnelle - donc question encombrement, c'est franchement discutable) et il y a un grand risque d'avoir un nombre incalculable de références de cartouche. Et qui va les changer ? Pensez-vous que tous les constructeurs vont s'entendre sur une seule référence de cartouche ? La manipulation de cartouche NH3 ne peut pas être faite pas n'importe qui (notamment, il est impensable de se retrouver avec des cartouches dans la nature). La technologie Amminex a fait ses preuves sur des flottes de bus, mais vous la survendez allègrement. En l'état, elle ne peut pas être déployée sur des véhicules particuliers : en raison de ses contraintes, probablement de son coût, mais surtout, les systèmes SCR avec AdBlue sont largement compétitifs en terme d'efficacité.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur : Mazda Skyactiv-X»

Il y a 2 heures

Bonjour David, le Skyactiv-X est effectivement équipé d'un système EGR et d'un filtre à particules (voir le paragraphe au sujet de l'échappement). Concernant la fréquence plus élevée du changement des bougies pour le Skyactiv-X, elle est surtout due à la présence de l'EGR refroidi par eau (même phénomène pour le Skyactiv-G 2.5 turbo, non commercialisé en Europe) et non au mode de combustion du moteur.

Chevallier à propos de l'article «Normes Euro 6 : vue d'ensemble»

Il y a 4 heures

Normes Euros 6, entre la poire et le fromage. ….s’agissant des moteurs diesel, dont la critique des systèmes Adblue (injection d’urée dans un catalyseur de réduction des Nox SCR) reste à faire. Les constructeurs automobiles ont mis une chape de plomb sur le manque patent d’efficience et de fiabilité des systèmes d’injection d’Adblue (solution aqueuse (32,5% d’Urée + 67, 5% d’eau distillée) qu’ils ont développés …de l’aveu même des sous-traitants comme Faurecia que le fabrique pour PSA, ne parvenant qu’à réduire seulement 32% des Nox d’un moteur diesel, violant délibérément la norme Euro 6b. Des réservoirs d’Adblue, curieusement sans évent d’arrivée air atmosphérique, ceux de 2015 de 1ère génération, des constructeurs ayant oublié leurs classiques (ce vase d’Eme Mariotte, des années 1660, qui l’avait…) avec des pompes immergées très vite défaillantes, des causes de surcharges, mal identifiées, conduisant aussi à des injecteurs obturés par une Urée assez corrosive, au même titre que la soude caustique, corrodant les aiguilles… Des définitions de composants mal calibrées eu égard à l’endurance qu’en attendaient les automobilistes diésélistes, un plancher de 160 000 Km, sans ennui… Des constructeurs qui ont sous-estimé la stabilité dans le temps de cet Adblue, niant sa décomposition avec la température entre 30-41°C, niant l’évaporation de l’eau de la solution, liée à l’agitation du roulage, faisant croitre dans le temps la viscosité cinématique de cette solution (coagulation partielle des molécules d’Urée)… de même que la cristallisation de celles-ci sous température négative de -11°C, obligeant à installer un réchauffeur dans le réservoir. Des automobilistes abusés, dans la p’urée au regard de cette norme Euro-6b, en vigueur depuis septembre 2015, qui croyaient ne pas polluer l’environnement (Nox) brutalement contraints, sous OBD inquisiteur, aux remplacements forcés de leur Kit Adblue défaillant, souvent à leurs frais, remplacés par de flambants Kits réservoirs-pompes, qui, sans améliorer le petit 32% d’efficience de dépollution, sont en évolution masquée par des constructeurs voulant en améliorer l’endurance, sans se mouiller, sans en informer les propriétaires des véhicules, y ayant fait intégrer, à la hussarde, un mécanisme d’auto-nettoyage qui se manifeste par une nette émission de décibels durant 5 à 6 secondes, à chaque mise à l’arrêt du véhicule... des automobilistes cobayes, alimentant les comptes d’exploitation des Faurecia-Plastic-Omnium & consorts. …Quantité de ceux-là, échaudés, qui, s’ils avaient eu vent de cette galère, auraient reporté leurs achats sur des véhicules à essence, dès 2015. Un Diesegate à l’intérieur de l’autre… que l’on ne veut pas voir ? D’autant plus que cette technologie de l’Adblue est clairement dans l’obsolescence, depuis la prise de contrôle de la startup danoise, Amminex, à 91,5 % par l’équipementier Faurecia au mois de décembre 2016, 5 années déjà... Une startup qui a développé, dans les années 2012, une solution innovante, économique et très performante, venant à bout des 99 % d’émissions d’oxyde d’azote d’un moteur diesel, un procédé de stockage de l’ammoniac sous forme solide, par l’utilisation de sels métalliques de chlorure de Strontium, agissant comme une éponge, stockant de grande quantité d’ammoniac, sous un très faible volume, aisément utilisable à travers un classique catalyseur SCR, pour réduire ces Nox en Azote gazeux et en vapeur d’eau, des gaz inoffensifs pour l’environnement. Un système ASDS (Ammonia Storage and Delivery System), dont on attend fébrilement les Kits de remplacement pour les installer sans difficulté, en lieux et place, puisque beaucoup moins encombrant que leurs aïeux "Kits Adblue" défaillants et obsolètes, l’atmosphère des villes n’en pouvant plus d’attendre… On peut se poser la question si ces 5 années n’ont pas plutôt, chez Faurecia, servi à développer cette catalyse, sans poison, de l’Ammoniac ou l’Hydrazine pour en tirer l’Hydrogène nécessaire à la pile à combustible des futurs véhicules de tourisme, électrifiés... ? Un moyen danois pour d’abord permettre à ces automobilistes, d’amortir l’investissement de leur véhicule diesel sur plus longue période de roulage, sans interdiction d’utilisation… Donner du temps au temps pour qu’ils puissent économiquement passer à l’électrique ensuite…

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