Présentation moteur: Toyota 1.2l turbo

Présentation moteur: Toyota 1.2l turbo

Guillaume Darding - 27 avril 2015

A l'occasion du restylage de l'Auris, Toyota introduit une nouvelle motorisation, conformément à la tendance actuelle qui consiste à réduire la cylindrée et à suralimenter le moteur à l'aide d'un turbocompresseur. D'une puissance de 116 chevaux, le 1.2l turbo représentera le coeur de la gamme en essence.

Toyota est indiscutablement un pionnier en matières de motorisations alternatives, que ce soit en matière de motorisation hybride (Toyota Prius) ou électrique alimentée par une pile à combustible (Toyota Mirai). Néanmoins, le constructeur japonais semblait jusqu'à présent délaisser les moteurs thermiques par rapport à la concurrence, motorisations qui représentent pourtant un volume de ventes bien plus important.

Après le 2.0l turbo qui équipe le SUV Lexus, le 1.2l turbo est le deuxième moteur de nouvelle génération au sein du groupe japonais. Cette nouvelle famille de moteur a été développée selon 4 axes:

  • optimisation de la combustion à l'intérieur du cylindre
  • diminution du risque de cliquetis
  • diminution des pertes par pompages
  • diminution des frictions

Toyota 1.2l turbo 8NR-FTS Auris 120T - vue de face

Caractéristiques générales

Le 1.2l turbo est un moteur à 4 cylindres (contrairement à une large part de moteurs de cylindrée équivalente qui ne compte que 3 cylindres comme le Ford 1.0l Ecoboost par exemple), bâti autour d'un bloc en aluminium. Si un 3 cylindres est, en théorie, plus avantageux en matière de réduction des frictions (moins de pièces mobiles), ce type d'architecture est plus sujet aux vibrations.

Le 1.2l est pourvu d'un turbo à simple entrée (single scroll) et de l'injection directe. L'alésage des pistons est de 71.5 mm pour une course de 74.5 mm. L'architecture longue course privilégie traditionnellement le couple à bas régime.

Sous le capot de l'Auris, il délivre une puissance de 85 kW (116 chevaux) entre 5.200 tr/min et 5.600 tr/min et un couple de 185 N.m entre 1.500 tr/min et 4.000 tr/min. Le taux de compression est de 10:1, une valeur désormais standard pour ce type de moteur.

Le moteur est équipé d'un double arbre à cames en tête et compte 4 soupapes par cylindre. La distribution se fait par chaîne. Le calage des soupapes est variable en continu tant à l'admission qu'à l'échappement (VVT-iW). A l'admission, le calage variable est activé à l'aide d'un actionneur électrique tandis que l'actionneur est de type hydraulique à l'échappement.

L'actionneur électrique permet une variation plus rapide du calage. D'autre part, l'actionneur électrique est opérationnel dès le démarrage du moteur et dès les plus bas régimes, au contraire de l'actionneur hydraulique.

1. Optimisation de la combustion

Afin d'optimiser la combustion dans le cylindre, Toyota a dessiné les canaux d'admission de manière à créer un mouvement de tourbillon vertical ("tumble") pour obtenir le mélange le plus homogène possible entre l'air frais et le carburant injecté directement dans le cylindre.

Tourbillon vertical dans cylindre - tumble

La tête du piston est, elle aussi, travaillée de manière à optimiser ce tourbillon dans le cylindre. Enfin, l'orientation des injecteurs a été optimisée de façon à éviter la projection de carburant sur les chemises du cylindre, c'est-à-dire sur des parois froides.

Toyota 1.2l turbo 8NR-FTS Auris 120T - piston

2. Diminution du risque de cliquetis

Toyota s'est attaché à réduire au maximum les risques d'auto-inflammation en contrôlant la température des gaz. D'une part, le collecteur est intégré dans la culasse, refroidie par eau. Ce procédé, désormais couramment utilisé sur les moteurs essence (comme le 1.0l SIDI turbo d'Opel par exemple), permet de diminuer de manière sensible la température des parois du collecteur et de limiter le risque de combustion au sein de ce dernier lors de l'ouverture des soupapes.

D'autre part, l'admission est pourvue d'un échangeur air/eau qui permet de réduire la hausse de la température des gaz à l'admission due au turbocompresseur. En effet, plus l'air est chaud dans le cylindre, plus le risque d'auto-inflammation dans le cylindre est élevé.

3. Diminution des pertes par pompages

A l'image du moteur de la Prius, le 1.2l turbo est capable de fonctionner selon le cycle moteur dit d'Atkinson (bien qu'il devrait plutôt être qualifié de cycle de Miller, s'agissant d'un moteur turbocompressé) ou selon le cycle Beau de Rochas (cycle traditionnel). Ce fonctionnement est rendu possible grâce au calage variable en continu des soupapes à l'admission sur une large plage (30° à l'échappement, près de 60° à l'admission).

Toyota 1.2l turbo 8NR-FTS Auris 120T

La définition moderne du cycle d'Atkinson consiste à avoir un taux de détente supérieur au taux de compression, de manière à minimiser la pression à l'intérieur du cylindre en fin de détente et faciliter la remontée du piston lors de la phase d'échappement. D'autre part, le taux de compression étant plus faible, le piston nécessite moins d'énergie lors de sa remontée pour comprimer les gaz.

Lorsque le moteur fonctionne sur le cycle d'Atkinson, les soupapes d'admission restent ouvertes un certain laps de temps après que le piston ait atteint le point mort bas et qu'il commence sa remontée (phase de compression). Lorsqu'il fonctionne sur le cycle traditionnel, les soupapes d'admission sont fermées au plus tard dès le piston a atteint le point mort bas.

Le cycle d'Atkinson permet de réduire effectivement les pertes par pompage. Toutefois, ce gain n'est réellement visible qu'à charge partielle et à des régimes moteur relativement faibles. Aussi, pour garantir une puissance et un couple disponibles sur une large plage de régimes moteur, le moteur fonctionne selon le classique cycle de Beau de Rochas au ralenti et à pleine charge.

4. Diminution des frictions

Afin de minimiser les frottements à l'intérieur du cylindre, les pistons ont un revêtement en résine. Par ailleurs, la capacité de la pompe à huile a été réduite au maximum. Enfin, la courroie entraînant les accessoires a fait l'objet d'une attention particulière pour réduire les pertes dues à la flexion de la courroie autour des poulies.

Crédits photos: Toyota, ART Metal

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

Hier

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»

Hier

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»

Hier

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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