L'instant Méca #8 : L'évolution du moteur essence

Enfin un huitième volet de l'Instant Méca, et encore un thème bien large ! Aujourd'hui, je vous embarque dans un nouveau voyage dans le temps, pendant lequel nous allons retracer l'évolution du moteur essence depuis la nuit des temps. 

Nous aurions aussi pu nommer cet article de la sorte : "Comment le monde automobile a-t-il pu passer d'un sublime carburateur à des trois cylindres turbocompressés ? Et, surtout, pourquoi ?". Mais, le problème, c'est que le nombre de caractères est limité. Bien triste vie pour un titre "putaclic" à jeter. Je vous invite à descendre plus bas et à vous plonger dans les années, nous parlerons PASSION aujourd'hui !

La base : le carbu !

Quand on possède une voiture avec un carburateur, c'est soit qu'on a jamais su en changer depuis quarante ans, soit qu'on est très doué en mécanique pure. Evidemment, les anciens moteurs, bien que tolérants, demandent tout de même de la rigueur. Ou, en tout cas, de la patience. Le carburateur, on le doit à un inventeur que nous connaissons aussi pour le fameux moteur à plat : Monsieur Carl Benz, fondateur de la marque Mercedes-Benz. Cela remonte tout de même à la fin des années 1800 ! C'est pile 100 ans avant son extinction. Mais qu'est-ce que le carburateur ?

Le carburateur a la faculté de gérer le mélange air-carburant, ainsi que la quantité de mélange injectée dans les cylindres. L'air entre par le filtre à air dans le carburateur, si et seulement si le volet de starter (ou de "choke") est ouvert ! L'arrivée d'essence se fait un cran plus bas. La dépression occasionnée aspirera le carburant hors de la cuve où il est stocké. Enfin, le mélange se fait et pourra arriver dans les cylindres en quantité plus ou moins grande en fonction de l'inclinaison du papillon des gaz, géré par la pédale d'accélérateur !

Evidemment, il faut un peu d'habitude pour les faire fonctionner comme il faut, ces carbus ! Jongler entre les réglages des différentes vis, ne pas oublier de repousser le choke pour ne pas noyer le moteur, ... En effet, ce sont les voitures avec carburateurs qui possèdent cette manette du starter, qu'il faut absolument tirer si vous ne voulez pas caler ! Quand on le tire, le volet se ferme, afin que le mélange air-carburant soit riche. La science nous inculque que quand les éléments sont froids, l'essence ne se pulvérise pas bien et l'alimentation n'est pas assez bonne !

Il a bien sûr existé plusieurs types de carburateurs. D'ailleurs, n'hésitez pas à nous soudoyer pour que nous fassions un énième article parlant spécifiquement de ce type d'alimentation moteur ! Cependant, en 1991, le dernier a été monté sur une Ford Crown Victoria. C'est la date finale d'une transition douce, ayant débuté en 1960, vers le système d'injection. En effet, ce dernier a pris le dessus dans les années '80 car il respectait les nouvelles normes anti-pollutions tout en proposant un meilleur rendement... Le début de la fin...

L'injection indirecte : une simple transition

Ce type de moteurs (enfin, d'injections) commence tout doucement à nous parler. En effet, les applications de l'injection indirecte électronique ont démarré un peu avant 1970, remplaçant la mécanique (moins bon rendement) et les carburateurs. L'arrivée d'un ordinateur pour commander la durée d'injection, la quantité de carburant à injecter pour optimiser le mélange air-essence a été mal vécue par les passionnés d'automobiles. Pourtant, à l'heure actuelle, nous n'avons plus que ça ! 

Le principe d'une injection indirecte est que le mélange se fait hors de la chambre de combustion. L'essence est injectée à une "faible" pression (de l'ordre des 3 bars quand même) dans le collecteur d'admission. Le mélange air-carburant se fera donc juste avant de rentrer dans le cylindre. L'avantage, comparé à une injection directe, est écologique. En effet, grâce à une combustion homogène, il y aura un nombre bien moins élevé de particules fines sortant de l'échappement !

Ce type d'injection est cependant encore utilisé dans des moteurs actuels. Toyota en est un grand fervent, avec ses récents 1.8 et 2.5 VVT-i combinés à un ou plusieurs moteurs électriques. Nous pouvons aussi retrouver les petits 1.2 PureTech (68 et 82), mais aussi une partie de la gamme SCe de chez Renault-Nissan, et nous en passons. La liste est encore longue !

L'injection directe : le moteur du 21^ème siècle

Les normes anti-pollution demandent, à l'heure actuelle, la même chose que votre patron : du rendement, du rendement, et encore du rendement. Et cela se fait au détriment de la qualité, malheureusement. Premièrement, les puissances demandées pour des types d'architectures "peu" solides ne font que renforcer l'opinion publique, à savoir "les moteurs essences ne sont pas endurant face aux kilomètres". Pour les vertus écologiques, on repassera. Les émissions de CO₂ sont moindres car la consommation diminue. En effet, comme l'injection d'essence se fait près de la bougie d'allumage, il faut moins de carburant pour produire une explosion. On consomme donc moins. Cependant, avec un mélange dit-pauvre, la combustion devient moins homogène. Hors de l'échappement, nous avons donc des émissions de particules fines et de NO_x. Non, je ne me suis pas trompé, je ne parle pas d'un diesel, et la preuve en est que certains constructeurs placent des filtres à particules sur les moteurs essence...

Comme je l'ai introduit dans le paragraphe précédent, l'injection directe a des vertus finalement moins écologiques que l'indirecte. Son principe est que l'injection de carburant se fasse directement dans la chambre de combustion, et donc, par définition, l'aiguille de l'injecteur est dedans. Bien que plus basse qu'un diesel, la pression du carburant injecté est tout de même de 200 bars ! On est bien loin des 3 bars de l'indirecte. Evidemment, l'électronique prend largement le dessus pour calculer la quantité et la durée d'injection exacte nécessaire à une (plus ou moins) bonne combustion. 

Du V6 au 3 cylindres...

Une page s'est donc tournée, notamment grâce (?) à cette injection indirecte. Bien avant, il fallait de grosses cylindrées pour sortir un minimum de puissance. Par exemple, en 1977, une magnifique BMW Série 3 E21 faisait appel à un gros 2,5 litres et son 6 cylindres en ligne pour nous sortir la bagatelle de... 143 chevaux... La dernière G20, en essence, est carrément passée à minimum 184 chevaux, avec un 2 litres 4 cylindres... Les français sont assez friands de downsizing, mais les américains de chez Ford sont les pionniers en la matière (en Europe, hein !). Leur variante Ecoboost offre jusqu'à 140 chevaux hors de leur 1.0 trois pattes (avec un projet de 180 chevaux !), et même 200 chevaux de leur 1.5 de la même architecture. Thomas et Anthony avaient pu prendre en main la dernière Fiesta ST, et en ont été très satisfaits !

Evidemment, les progrès de l'électronique y sont pour beaucoup. Les injections se font de manière à économiser le plus de carburant, mais le vrai secret de ces moteurs est le rendement. Les forces de frottements sont très minimes comparé à l'époque. De plus, vous retrouverez rarement une chaîne de distribution, freinant les performances des moteurs. Evidemment, les suralimentations sont de mise. Les turbos prennent donc des charges fort élevées afin de garantir un couple maximal très tôt, mais tout les procédés peuvent également nuire à la solidité de ces mécaniques au fil des kilomètres...

A contre-courant

Comme nous vous le disions plus haut, certains constructeurs ne surfent pas sur la vague du downsizing. Nous les retrouverons très facilement au Japon ! En effet, Toyota, désirant se reposer ses gammes avec l'unique choix hybride, se base tout de même sur des 1,5 (Yaris), 1,8 (Prius), 2,0 (nouvelle Corolla) et 2,5 litres essence atmosphérique (injection indirecte) pour donner "seulement" jusqu'à 200 chevaux ! Un autre constructeur nippon se joint à Toy' dans cette quête du gros moteur. Mazda, sur sa dernière 3, va sortir un nouveau 2 litres atmosphérique sortant 180 chevaux. Prénommé SkyActiv-X, il sera programmé pour ne pas consommer plus qu'un moteur diesel. Est-ce un fake ? En tout cas, cela devra marcher pour eux, alors que les généralistes penchent pour la réduction de cylindrée (et de cylindres) de masse ! Pour rappel, le 1.6 "PureTech" de chez PSA sort jusqu'à 270 chevaux, et notre collègue Simon n'a pas à s'en plaindre ! 

Jadis, aussi de grosses puissances dans de petits blocs...

Non, je ne vous mens pas ! Vous aurez dû descendre bien bas pour, peut-être, l'apprendre, mais le fait de pouvoir sortir une belle cavalerie hors de petites cylindrées existe déjà depuis un bon moment, mais sans turbo ! Et devinez, c'est encore un constructeur japonais qui nous a gagné plusieurs records à l'époque ! En 1997, avec leur 1,6 litre de 185 chevaux, ils obtenaient un score de 115,6 chevaux/litre. Cette monte était réservée à la Civic Type R. Mais c'est un peu plus tard que la S2000 sorti, avec son 2 litres poussé à 240 chevaux (chez nous, 250 au Japon !). Elle pulvérisa le record en grimpant à 120 chevaux par litre. Honda est toujours invaincu dans la catégorie ''Meilleur rapport puissance par litre pour un moteur essence atmosphérique", malgré une vaine tentative de la Ferrari 360 Stradale, son 3,6 litres de 426 chevaux échouant à 118,5 ch/l.