Grâce à deux astuces d’ingénierie, Toyota développe un moteur alternatif qui transforme ses hybrides en voitures à zéro émission.

Outre la transformation complète de Lexus en une marque 100 % électrique, il existe 30 projets différents dans les coulisses de Toyota qui devraient être achevés avant la fin de la décennie. Bien que ses premiers produits n’aient pas reçu l’accueil escompté, l’entreprise japonaise n’envisage pas de baisser les bras. Le président Koji Sato a expliqué il y a quelques semaines les piliers sur lesquels Toyota s’appuiera pour conserver sa position de leader sur le marché.

Il y a trois ans, Toyota a commencé à tester une technologie de moteur non conventionnelle et d’une grande portée, cherchant une alternative neutre en carbone aux véhicules électriques. Le concept était celui d’un moteur qui utiliserait l’hydrogène comme carburant et n’émettrait pratiquement pas de dioxyde de carbone. Le PDG de l’époque, Akio Toyoda, a personnellement mené cette initiative, en testant la configuration dans une voiture de course GR Corolla.

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Une technologie complexe avec de nombreux défis à relever

L’hydrogène brûle plus vite et plus fort que l’essence. Atteindre l’équilibre parfait entre puissance et efficacité relève presque autant de la science que de l’art. Le contrôle précis de la chaleur du moteur et de l’injection de carburant est laborieux et complexe, mais absolument essentiel.

Trois ans de travail plus tard, Toyota Motor est parvenu à maîtriser la combustion de l’hydrogène. Le résultat est bien plus qu’une Corolla ultra-rapide et puissante. Les enseignements tirés ont également permis de réaliser des percées qui rendent la prochaine génération de moteurs à faible teneur en carbone de Toyota utilisable dans la rue.

Le 28 mai, le premier constructeur automobile mondial a présenté sa stratégie pour ces moteurs plus petits et plus efficaces lors d’une conférence de presse à Tokyo. Hiroki Nakajima, directeur de la technologie, a expliqué que l’expérience acquise par Toyota dans le développement de la voiture de course à hydrogène influencera directement ces futurs moteurs de production. Et oui, les alimenter à l’hydrogène fait partie du plan à long terme de Toyota.

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Des moteurs plus petits, tout aussi puissants et plus efficaces

Les nouveaux groupes motopropulseurs de Toyota comprennent un moteur de 1,5 litre, disponible en version atmosphérique et turbocompressée, ainsi qu’un moteur turbocompressé de 2,0 litres.

Tous deux sont de 10 à 20 % plus petits que les moteurs actuels, mais offrent des rendements identiques, voire supérieurs, ainsi qu’une plus grande puissance. Plus important encore, elles peuvent fonctionner avec plusieurs carburants neutres en carbone : synthétiques, biodiesel ou hydrogène, en plus de l’essence. Leur taille compacte et leurs faibles émissions les rendent idéales pour les systèmes hybrides électrifiés.

Toyota n’a pas dévoilé les spécifications, mais M. Nakajima s’est dit convaincu qu’elles constitueraient un grand pas en avant. “Il pourrait s’agir d’une solution révolutionnaire”, a-t-il déclaré, car les nouveaux moteurs disposent d’une grande marge de manœuvre pour être améliorés au cours des prochaines phases de développement.

Les deux “trucs” d’ingénierie pour fonctionner dans un système hybride

Les nouveaux moteurs étant conçus pour fonctionner avec des moteurs électriques dans un système hybride, les ingénieurs pouvaient se permettre de limiter le couple du moteur électrique pour compenser. En créant une course de piston plus courte, ils ont pu réduire la puissance totale en modérant la vitesse, c’est-à-dire le nombre de tours par minute.

Traditionnellement, les courses plus longues sont considérées comme plus appropriées car elles permettent d’aspirer plus d’air et de carburant. Nakajima a expliqué que la réduction de cette longueur était un défi majeur. Le résultat a été une réduction du nombre maximal de tours par minute, ce qui a amélioré l’efficacité. Un autre avantage de la course plus courte est que les dimensions du moteur sont plus compactes, ce qui signifie que les concepteurs peuvent réduire la hauteur du capot, ce qui se traduit par une conception plus aérodynamique de la carrosserie.

Des années d’expérimentation de la combustion de l’hydrogène en compétition ont permis à Toyota de mieux comprendre les nuances de l’efficacité thermique du moteur, a déclaré M. Nakajima. Il s’agit d’une mesure de la quantité d’énergie du moteur qui est convertie en énergie utile pour faire tourner les roues au lieu d’être perdue sous forme de chaleur lors de la combustion.

Aujourd’hui, les moteurs les plus efficaces atteignent des taux de rendement thermique supérieurs à 40 %. Toutefois, les moteurs conçus pour produire de l’électricité dans des configurations hybrides peuvent atteindre jusqu’à 50 %, comme c’est le cas pour certaines configurations équipées du moteur e-Power de Nissan.

Toyota n’a pas divulgué les chiffres exacts du rendement thermique des nouveaux moteurs. Toutefois, elle affirme que le nouveau moteur atmosphérique de 1,5 litre sera plus performant que son équivalent à essence. Il en sera de même pour le moteur turbo de 2,0 litres par rapport à l’actuel 2,4 litres.

“Le développement des moteurs à hydrogène a réellement contribué à approfondir notre compréhension de l’efficacité thermique des moteurs”, a déclaré M. Nakajima : “Cela a été un catalyseur pour cette technologie.