Nous nous aimons un bon moteur excentrique, et la petite Mazda décousue doit certainement être responsable de plus de brevets de concept de moteur par dollar de capitalisation boursière que tout autre. On vient de découvrir le nom du constructeur automobile sur le US 2022/0034265 Al, daté du 3 février, décrivant un suralimenté deux-moteur à course qui augmente de quelques crans le degré de difficulté de contrôle du moteur en fonctionnant comme un allumage par compression (comme un diesel) sous de faibles charges et un allumage par étincelle pendant des charges élevées. Si cette dernière partie vous semble familière, c’est parce que Mazda l’utilise sur son moteur Skyactiv-X qui n’est pas encore vendu ici en Amérique.
Maintenant, peut-être que le financement de certains départements de R&D de Mazda est déterminé par les dépôts de brevets et qu’il ne s’agit que de couvrir une base potentielle lointaine avec la protection de la propriété intellectuelle, mais encore une fois, peut-être que votre prochaine Miata ronronnera avec la musique pulsée de un huit cylindres.
Qu’est-ce qu’un moteur à deux temps?
Vous vous souviendrez peut-être que les pistons de la plupart des moteurs doivent monter et descendre deux fois pour produire de la puissance : admission-compression-combustion-échappement, répétez. (Vous avez peut-être appris cela via le dicton « aspirer, presser, frapper, souffler. « ) Dans un deux temps, tout cela doit se produire en un seul mouvement de haut en bas du piston. La vieille école à deux temps comme celle de votre vieille tondeuse à gazon / brumisateur Lawn Boy repose sur des orifices sur le côté du cylindre au lieu des soupapes à clapet traditionnelles et utilise les deux côtés du piston pour déplacer l’air.
Lors de la course ascendante, le bas du piston aspire de l’air et du carburant (et de l’huile de lubrification) dans le carter. Lorsque le piston descend, il pressurise cet air, le forçant dans la chambre de combustion lorsque l’orifice d’admission (trou sur le côté du cylindre) est exposé. Cela sert également à pousser l’échappement par un trou similaire de l’autre côté du cylindre. Lorsque le piston monte, il ferme ces orifices, comprime l’air-carburant, est allumé par un bouchon et pousse le piston vers le bas et la lame de la tondeuse autour. Évidemment, toute cette fumée bleue est toxique pour l’environnement, donc l’avenir de cette conception est sombre.
Moteurs à deux temps modernes
Un homme du nom de Ralph Sarich a obtenu le brevet #US5150836 en 1992, couvrant un système d’injection de carburant qui mélangeait du carburant et de l’air comprimé, ce qui améliorait et accélérait le mélange et l’atomisation air/carburant. Soudain, il y a eu une ruée vers le développement de moteurs à deux temps pouvant fonctionner avec des soupapes à clapet traditionnelles et un carter fermé traditionnel et une lubrification normale. Pas de fumée bleue !
Chrysler a déployé beaucoup d’efforts sur les moteurs trois cylindres à deux temps utilisant ce système d’injection et les a trouvés durables, lisses (avec un arbre d’équilibrage) et efficaces. Mais ils étaient nécessairement maigres, ce qui rendait difficile le nettoyage de leurs émissions de NOx. Mais la technologie est suffisamment propre pour les applications marines, de sorte que la plupart des moteurs de bateaux à deux temps utilisent des systèmes d’injection directe similaires.
Moteur Skyactiv-X de Mazda.
Ce qui nous amène au concept à deux temps de Mazda
La demande de brevet de Mazda décrit un moteur suralimenté d’un nombre de cylindres non spécifié avec une conception de culasse avec ses soupapes d’admission et d’échappement placées à un angle de près de 90 degrés. Les soupapes d’admission sont très près du centre supérieur du cylindre à un angle beaucoup plus grand par rapport à la verticale, tandis que les soupapes d’échappement semblent plus centrées sur leur côté du cylindre à toit en pente et inclinées à un angle plus étroit par rapport à la verticale. Un canal d’admission presque vertical force la ruée vers l’air d’admission suralimenté pour laver la paroi du cylindre, regroupant et forçant l’échappement par un orifice d’échappement presque horizontal. L’injecteur direct de carburant (uniquement) et la bougie d’allumage semblent à peu près centrés près du haut de la chambre de combustion.
La clé de ce concept est la stratégie de calage variable des soupapes, car dans un deux temps, vous n’obtenez que la compression ou l’extraction du travail des produits de combustion tant que toutes les soupapes sont fermées. L’échappement s’ouvre toujours environ 10 degrés de rotation du vilebrequin plus tôt que l’admission, et ils se ferment toujours simultanément. Mais en décalant ces heures d’ouverture et de fermeture, Mazda peut soit obtenir 120 degrés de compression et 100 degrés d’expansion, soit l’inverse. Basculer entre les deux permet…
Technologie Skyactiv X2
Nous avons couvert les beejeebers de la technologie Skyactiv-X, la première application automobile de production de la technologie d’allumage par compression à charge homogène (HCCI), qui utilise également l’allumage par étincelle dans certaines conditions. Mazda vante une technologie similaire ici en exécutant le deux temps sur l’allumage par compression dans des conditions de charge légère (croisière à vitesse constante, etc.), avec le train de soupapes retardé pour fournir 120 degrés de compression.
Lâchez le marteau pour demander une accélération, et la synchronisation passe à la compression à 100 degrés et à l’expansion à 120 degrés, avec une bougie d’allumage enflammant le mélange lorsque le piston a presque atteint le point mort haut. Cette stratégie est censée améliorer l’efficacité sans risquer de pré-allumage (cliquetis).
Qu’en est-il des émissions ?
Oui, c’est le hic. Le brevet mentionne un catalyseur d’oxydation et un filtre à particules mais indique clairement : « Dans ce mode de réalisation, le moteur ne comprend pas de catalyseur d’élimination des NOx mais peut comprendre un catalyseur d’élimination des NOx. » Parce que les soupapes d’admission et d’échappement sont toutes deux ouvertes pour quelque chose comme 120 degrés de rotation du vilebrequin, et parce que ce compresseur est en grande partie là pour pousser l’échappement, il n’y a aucun moyen de contrôler le rapport air/carburant du moteur et d’assurer un échappement largement sans oxygène. flux, donc un catalyseur de NOx pauvre sera nécessaire si les émissions de NOx à la sortie du cylindre sont supérieures aux quantités autorisées.
Rappelons que Skyactiv X, le moteur HCCI à quatre temps de Mazda, n’a jamais été lancé aux États-Unis, probablement en raison du coût élevé du moteur. est être vendu sur les marchés avec les réglementations les plus strictes en matière d’émissions, alors peut-être qu’ils l’ont léché.
Alors, que prévoit Mazda pour son moteur à deux temps ?
Personne ne sait. La société n’a pas encore publié d’informations publiquement. Les différents régimes de fonctionnement pour les charges élevées et les charges légères suggèrent qu’il s’agit là de la principale motivation d’un véhicule routier. Un prolongateur d’autonomie ou un autre type de moteur pourrait être optimisé pour une plus grande efficacité autour d’une bande de fonctionnement plus étroite, et cela semble une solution trop complexe et coûteuse à gaspiller sur un petit moteur de classe Kei ou un véhicule utilitaire. Pour l’instant, félicitons Mazda pour avoir encore généré des brevets sur les moteurs à combustion interne alors que de nombreuses entreprises ont annoncé qu’elles ne les développaient plus, et fermons simplement les yeux et rêvons d’un petit moteur à quatre cylindres tirant huit fois tous les 720 degrés. de rotation sous le capot d’une MX-5 Miata.