Technologies futures

Mazda : le brevet du 09/04/2020

Bonjour,

Des roues motrices sans cardan grâce à des moteurs-roues, le stockage basé sur des supercondensateurs en série avec une batterie li-ion de 3.5KWh en 48 V.
Les supercondensateurs, qui travaillent avec une tension > à celle de la batterie, offrent une puissance massique supérieure à celle ci.

De la science fiction ?

Non, c'est le début d'un brevet déposé par Mazda (https://ipforce.jp/patent-jp-A-2020-55417) ce 09/04/2020.

1/ Le brevet, avec qq commentaires perso très ponctuels entre crochets [ ]

Dans son brevet, Mazda envisage toutes sortes d’architectures du véhicule,

- façon propulsion arrière à moteur longitudinal:
Moteur thermique avant avec roues arrières motrices via arbre de transmission, et roues avants électrifiées :
Un moteur thermique (par exemple rotatif) est associé sur le même arbre à une machine électrique principale de 25 KW (moteur synchrone à aimant permanent) en 48 V;

- façon traction avant à moteur transversal:
Moteur thermique avant avec roues avants motrices via transmission mécanique, et roues arrières électrifiées :
Un moteur thermique (par exemple un moteur alternatif à quatre cylindres ) monté transversalement est associé sur le même arbre à une machine électrique principale en 48 V;

Les moteurs-roues animant les roues motrices auxiliaires, sont des moteurs à induction, qui font chacun 17KW de puissance maximale, [ce qui est important pour des roues motrices 'auxiliaires' [2x17=34 KW, à comparer aux 5,3 KW de l'ensemble du train AR de la Prius e-four !) ] . Ils fonctionnent en 120 V max (48 v de la batterie + 72 V du condo placés en série )
[on remarque que l'on reste à des tensions bien inférieures à Toyota : ex 200 V pour la batterie, 650 V pour les moteurs]

Mazda décrit des moteurs-roues avec rotor externe, mais précise qu’il peut être envisagé une version à rotor interne [ce qui serait plus aisément compatible avec une transmission par arbre] et sont liés à l’axe de la roue sans aucune démultiplication.

Courbe de puissance des moteurs électriques:
Pour ces moteurs-roues à induction, la puissance croit avec le régime. Ici, la puissance maximale est atteinte à 130Km/h, et décroît ensuite. Ceci permet à l’ensemble des moteurs électriques (moteurs-roues plus la machine électrique en sortie de moteur thermique ) de délivrer un maximum de puissance de 53 KW à 130 Km/h ce qui est cohérent avec le test WLTP.
Mazda précise que ces moteurs-roues visent à favoriser l’accélération à haute vitesse avec un une masse contenue.
[c’est un usage inverse des moteurs à induction des solutions e-four de Toyota ou Nissan (le Note e-power AWD) qui visent en premier lieu à favoriser le démarrage en terrain glissant]

Condensateur
Un condensateur en 72 V récupère l'énergie des 2 moteurs-roues.

Ce condensateur (72V) et la batterie (48V) s’échangent de l'énergie si besoin, via un convertisseur de courant continu:
quand une décélération recharge rapidement le condensateur, dès que la tension du condensateur dépasse un seuil, il abaisse sa tension en chargeant la batterie. La charge par régénération du condensateur et le transfert de celui ci à la batterie peuvent être simultanés.

Mazda décrit un condensateur double couche constitué d’un assemblage en série de condensateurs ayant ‘par exemple’ (Mazda dixit) une tension nominale de 2,5V. Mazda précise que différents types de condensateurs, tels que le condensateur lithium-ion à haute densité énergétique qui combine les caractéristiques du condensateur électrique à double couche et de la batterie lithium-ion, peuvent être utilisés. [je ne connaissait pas l’existence d’un telle technologie]

Avantages divers:
Tout au long du brevet, Mazda insiste régulièrement sur le fait que cette architecture n’est pas trop lourde et qu’elle permet un bonne sécurité en cas de collision.

2/ Une tentative de prendre du recul
Un hybride à deux étages:
Mazda propose un premier étage d’hybridation :
Il peut sembler classique ( hybride parallèle avec moteur synchrone à aimant permanent ), mais il étonne au moins par :
a) la puissance modeste de la machine électrique (25 KW);
b) la tension faible du système (48 V);
c) la capacité élevée du stockeur (3,5 KW.h ).
On se dit que ça n’hybride pas beaucoup et que ça ne va pas être bien dynamique, que l’on ne pourra pas souvent éteindre le thermique, voire que ça n’aidera pas beaucoup à la sobriété…
Alors, Mazda envoit un 2ème étage à la rescousse:
Des moteurs roues, indépendants de la chaîne de traction du premier étage, qui envoient jusqu’à 34 KW à 130 Km/h.
Un condensateur en 72 V (dont il tait la capacité) qui travaille en série avec la batterie comme une sorte de tampon pour les transferts d’énergie rapides (= de puissance élevée).
Ce second étage a donc un pouvoir de régénération élevé, mais vu la courbe de puissance des moteurs à induction en fonction de la vitesse du véhicule, ce pouvoir me semble limité aux vitesses élevées - n’étant pas spécialiste des moteurs à induction, corrigez moi si je dis une c…- . Il n’aurait donc pas beaucoup d’intérêt en ville.​

L’ensemble est il harmonieux, efficace, gérable (bonjour la gestion électronique d’un système si complexe)?

Orientation globale du brevet:
L’argument du rendement énergétique n’est jamais employé, pas plus qu’aucun autre argument écologique tel que la sobriété en ressources naturelles. Le dynamisme du véhicule semble prioritaire.

Sortira ou sortira pas?
Quelle masse et quel coût pour ce système?
Est-ce une simple élucubration pleine d’inventivité, ou un brevet pour couvrir la sortie prochaine d’un véhicule employant tout ou partie de ce brevet?

A+
 
je me dis que ce brevet Mazda irait comme un gant à la prochaine grande Mazda. Cette voiture serait une propulsion basée sur la plateforme de la Lexus LS, avec un 6 cylindres en ligne. L'électrification des roues avants permettrait d'avoir 4 roues motrices sans une lourde et encombrante transmission mécanique qui entraverait le bon positionnement du 6 en ligne.
A+
 
Sur la LS Lexus n'a mis que des V8 et sur plusieurs, 4 roues motrices, alors je pense qu'un 6 cylindres doit pouvoir rentrer assez facilement. :grin:
 
Non mais allo quoi ?

Nabilla avait raison ! Moi qui la prenais pour une c.. imbécile, j'avoue qu'elle a eu raison avant tout le monde. :jap:
Heureusement que le Pr Hidenori Sake de l'institut de technologie de Toyko a bien écouté : il fallait comprendre 'Non mais A l'EAU, quoi !"

c'est grâce à une injection d'eau innEAUvante que son proto de laboratoire atteint un rendement de 52 % :
combustion ultra pauvre ( ratio 1.9 ), stabilisée par un lit d'eau injecté directement dans le cylindre sur la tête du piston . Au final une température de combustion très réduite qui fait chuter les pertes thermiques, et ce sans cliquetis.

Je n'en sais pas plus.
Évidemment il y a sûrement assez loin du proto de labo à l'application grand public, mais il faut avouer que ça n'a pas l'air exagérément complexe.

Source, dans la langue du Pr Sake :
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/03950/?ST=nxt_thmdm_automotive

D'une certaine manière, c'est la réconciliation de la combustion interne et de la combustion externe à vapeur ;)
 
Un moteur électrique au rapport poids puissance décoiffant.

Bonjour,

je vous signale ce projet de moteur électrique :
https://www.sae.org/news/2020/04/equipmake-ampere-ev-motor (dans la lange de Thomas EDISSON )

Moteur très rapide construction intégrée avec l'onduleur réalisé en carbure de silicium (SIC), fabrication très fine et sobre en matériaux grâce à la fabrication additive permettant un bon refroidissement malgré la miniaturisation.

Ce moteur est intéressant sur le plan de l'économie des matériaux, qui est une nécessité écologique pour la très grande série automobile.
En revanche, en automobile électrique, la réduction de masse doit d’abord passer par les stockeurs (batterie ou réservoirs de combustible de la pile). D'ailleurs un moteur tournant aussi vite ( 30000 tr/min ) devra être muni d'un gros et lourd réducteur.

A mon humble avis, les caractéristiques, le mode de production, le prix (les SIC) ne destinent pas ce moteur à l'automobile de série, mais plus à l'aéronautique.

A+
 
Bonjour,
GM continue de chercher a améliorer les moteurs thermiques.
Ça semble convaincant quant au rendement visé ( 52% ) , à la réduction des NOx.
https://www.sae.org/news/2020/07/virtual-wcx-2020-advanced-ic-engines

Ce moteur à 3 cylindres dont seulement deux sont le siège de la combustion ( le 3ème ne fait que recevoir un complément de détente) est en quelque sorte un hyper Atkinson, qui me fait penser au moteur Scuderi ( https://prius-touring-club.com/vbf/showpost.php?p=69251&postcount=258 , https://www.cnetfrance.fr/cartech/l...uderi-franchi-une-nouvelle-etape-39701349.htm ).

Hélas, comme d’habitude ce bureau de recherche reste indécis vis à vis de hybridation : GM conçoit un moteur novateur, puis se dit qu'il pourrait encore mieux l'optimiser en l'intégrant dans un système hybride, comme si, au départ du projet la direction générale, toujours soucieuse de vendre des versions pas trop chères, n'osait pas afficher directement l'objectif d'un un propulseur hybride super optimisé et d'abandonner le thermique seul (ou peu hybridé).
Même Toy ne franchit pas ce pas, ses récents moteurs (séries A et M ) devant assurer les deux fonctions.

Bonne lecture
 
Re bonjour,

Nissan a annoncé qu'il produirait en 2020 un moteur thermique au rendement d'environ 45%. (ça c'est pour 'demain').

Là ou c'est 'Hier' c'est que l'idée n'est pas neuve, mais pas neuve du tout. Non seulement elle est évoquée dans ce forum voici plus de 10 ans mais elle est bien plus ancienne encore : ce moteur ne déplace pas la voiture mais est exclusivement utilisé dans un groupe électrogène, avec un nombre de points de fonctionnement très réduit qui permettent un forte optimisation du rendement sur ces points là. Ainsi ce thermique ne sera quasiment jamais utilisé ne dessous de son rendement maximal, ce qui est encore mieux que le HSD !

Surfant sur le succès japonais du e-Power, Nissan développe cette version optimisée.
Nissan n'est pas très bavard, mais le journaliste japonais suppute un moteur suralimenté de faible cylindrée, apte à équiper le prochain X-Trail.

Bien sûr, par rapport au HSD, il restera plus de pertes électriques dues à la double conversion électrique inhérente aux hybrides séries.

Mais au global, la comparaison sera très intéressante.

Source en globish bien écrit : https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atclen/news_en/15mk/062102942/

A suivre

Il arrive, d'abord avec un rendement crête de 45%. Ensuite, Nissan qui travaille sur la combustion pauvre, vise 50%.
source , dans une langue que C GOSHN n'a jamais parlée : https://motor-fan.jp/article/10017171

A+
 
C'est un 1,5 l essence, 3 cylindres.
Première particularité, la course est très longue (79,7mm x 100,2mm soit un rapport course sur alésage de 1,26, alors que même les plus longues courses d'aujourd'hui ne dépassent guère 1.20 . Ex.: 1,21 pour la Yaris 2020 et 1.23 pour la Jazz) .

Le moteur est suralimenté par un turbocompresseur à géométrie fixe. On aurait pu penser que la température modérée d'échappement aurait permis un turbo à géométrie variable, mais comme le moteur a une plage de fonctionnement très réduite, ça n'aurait peut être pas d'intérêt.
Seconde particularité, le flux d'air comprimé est refroidi par un échangeur air / eau, ce qui est inhabituel.

Pour la chambre de combustion, le mouvement d'air est un fort basculement ('thumble'), comme il est d’usage ces dernières années (Toyota, Honda, ...).
L'injection est directe, et aussi centrale, alors que nombre de réalisations récentes en sont venues à l'injection latérale.

Le taux de compression, pour un moteur suralimenté, est proprement énorme : 13.5 . Cependant il s'agit du taux géométrique, et comme ce moteur utilise le cycle d'Atkinson via une fermeture anticipée de la soupape d'admission, le taux réel n'est pas toujours aussi élevé.
On en saura plus quand on verra comment fonctionne la distribution de ce moteur: probablement l'admission est elle à calage variable.

La recirculation des gaz d’échappement (EGR) est forte, ce qui nécessite un allumage à haute énergie. C’était déjà le cas de la Prius IV avec des bougies 105 Joules;

La puissance max est délivrée au régime faible de 4800tr/min.
Quelle puissnce délivre-t-il ( vers 85 Kw /110ch ou 110Kw/ 150 cv ? ). Sachant qu'il est destiné à équiper notamment le X-Trail, je pencherais pour le haut de la fourchette.


Quelques questions :
- quel est le niveau de pollution , notamment les particules fines ;
- comment le turbo va-t-il résister aux fréquents arrêts et redémarrages ? j'espère que la lubrification est pensée en conséquence;
- ce moteur sera-t-il proposé en Europe ?
- ce moteur, qui sembte très typé "générateur" aura-t-il un dérivé pour en faire un moteur non hybridé ?


A +
 
Autre question : ce moteur peut il harmonieusement s'intégrer dans un système 'bi-mode' (série avec basculement en parallèle à haute vitesse) comme il en existe chez Honda et Mitsubishi (désormais propriété de Nissan ) ?
 
Un projet de recherche européen :
Intréressant! Petite curiosité : l'injection d'hydrogène. Sa production est elle comptabilisée dans le bilan énergétique ?
A+
 
Un joint de culasse....
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pas exactement. C'est une bougie multipoint pour allumer le mélange air-essence en 12 points en même temps, et obtenir une combustion plus homogène et plus rapide, avec un gros gain en rendement (et probablement aussi une pollution diminuée)
Un essai sur un banal moteur Nissan 2.0L juste adapté à minima montre un rendement crête d'environ 44 %.

Pour en savoir plus, dans la langue de M. SATO : https://motor-fan.jp/tech/10018180

Finalement, les recherches sur le moteur thermiques n'ont jamais été aussi inventives que depuis qu'il est concurrencé par la propulsion électrique.

A+
 
Au moins pour changer les bougies (avec ces 12 électrodes dans chaque cylindre), on déculassera le tout. ;)
 
Tu l'as dit ! Un des principaux défis est que le machin fonctionne parfaitement sur toute la durée de vie de la voiture. Ca semble ambitieux, mais on est bien arrivé à faire des bougies qui tiennent 90 000 Km, alors que voici 30 ans il fallait les régéler voire changer tous le 15 000 .
 
Avec une telle évolution on pourrait imaginer une conception de la "culasse" (je ne sais pas si c'est le terme) qui fait que le changement est plus facile. 90000 c'est bien pour des bougies mais c'est bien loin, très loin du kilométrage qu'on peut espérer tirer d'une voiture ! S'il faut faire un changement à 120000km qui coûte un peu cher et c'est reparti pour un tour c'est entendable. En tout cas belle perspective pour les hybrides. Pour peu que le gain ne soit pas annulé encore une fois par un aérodynamisme de brouette comme pour tout ce qui sort. Ou par une puissance qui suit le mouvement actuel inflationniste qui fera que le moteur tournera moins près de son optimum.
 
Mazda SPCCI : bref essai du moteur 'Skyactiv-X'

Bonne lecture :
http://www.auto-innovations.com/actualite/2725.html
Bonjour, dans son communiqué de presse Mazda annonce une évolution de ce moteur : source : https://www.auto-innovations.com/communique/2134.html .
Les retouches donnent un peu plus de puissance, une baisse des consommations et émissions normalisées WLTP.
Techniquement c'est principalement le taux de compression qui a baissé sérieusement ( de 16,3 à 15 ) , et bien sûr le logiciel de gestion qui a été adapté.
A+
 
Le taux de compression reste quand même élevé, mais ce qui est amusant, c'est qu'ils avaient mis en avant ce taux exceptionnel de 16. :whistle:
 
Le taux de compression reste quand même élevé, mais ce qui est amusant, c'est qu'ils avaient mis en avant ce taux exceptionnel de 16. :whistle:
Oui, c'est une forme de recul, pour mieux maîtriser le cliquetis ( de l'aveu de Mazda )

Ce taux élevé favorisait pourtant le rendement, mais comme l’évolution permet à la fois de gagner en puissance et en conso WLTP, on peut penser qu'il ont trouvé d'autres gisements de rendement.

Enfin, il fait se souvenir que ce moteur Skyactiv-X est dérivé des moteurs standards : Mazda l'avait expliqué comme une nécessité économique pour lancer le produit, mais avait ajouté qu'il était possible d'avoir un moteur plus performant en partant d'un feuille blanche. Peut être la prochaine génération ?
 
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