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Qu'est-ce que le cycle Atkinson dans les moteurs des voitures hybrides?

Qu'est-ce que le cycle Atkinson dans les moteurs des voitures hybrides?

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Conçues pour économiser du carburant, de nombreuses voitures hybrides utilisent un moteur à cycle d'Atkinson. L'expression « cycle d'Atkinson », fait référence au cycle thermodynamique d'Atkinson. Un cycle thermodynamique est un outil mathématique qui permet d'illustrer le fonctionnement d'un moteur. Le « cycle d'Otto » par exemple, est le cycle du moteur à essence.

Pour le cycle d'Atkinson ou d'Otto, le fonctionnement du moteur est similaire : dans un premier temps, la soupape d'échappement se ferme, la soupape d'admission s'ouvre, le piston dans le haut du cylindre recule et aspire le mélange air-carburant, la pression dans la chambre de combustion demeure à environ une atmosphère.

Le moteur de la Prius de Toyota.

Cette opération consomme de l'énergie. Au deuxième temps, la soupape d'admission se ferme, le piston repart vers le haut et comprime le mélange, la pression passe de une à 10 atmosphères, ce qui représente beaucoup de travail et consomme une grande quantité d'énergie.

La combustion se produit, et la pression passe de 10 à 100 atmosphères. Au troisième temps, le piston repart vers le bas, poussé par toute cette pression, la pression diminue jusqu'à 4 ou 5 atmosphères, et le moteur produit de l'énergie. Enfin, la soupape d'échappement s'ouvre, le piston repart vers le haut évacuant les gaz, la pression retombe à une atmosphère. Le moteur consomme de l'énergie. Et le cycle recommence.

Le rapport entre le volume de la chambre de combustion, quand le piston est au point mort bas, et le volume quand le piston est au point mort haut, se nomme taux de compression et, parfois, taux de détente. Il est représenté par un rapport de volume à volume, comme 10 (volume) à 1 (volume)

Le taux de compression donne une indication de l'énergie qui sera consommée pour comprimer le mélange au deuxième temps. Le taux de détente donne une indication de l'énergie qui sera générée par la détente de la pression des gaz après la combustion.

L'utilisation d'un vilebrequin impose un taux de détente égal au taux de compression, ordinairement entre 9 à 1 et 12 à 1 pour un moteur à essence. Les moteurs diesel ont également un taux de compression et de détente égaux, mais plus élevés que celui des moteurs à essence, habituellement entre 14 à 1 et 22 à 1.

Ce taux de compression supérieur est l'une des raisons qui expliquent l'économie supérieure du moteur diesel. Un moteur à essence ne peut pas dépasser un taux de compression de plus de 12 à 1 sous peine de s'exposer au phénomène de détonation. Le moteur diesel, quant à lui, ne peut pas avoir un taux de compression inférieur à 14 à 1 sous peine de ne pas être capable de produire une combustion.

M. Atkinson, en 1885 a justement inventé un moteur dont le taux de compression était inférieur au taux de détente. Aujourd'hui, on obtient le même résultat que M. Atkinson quand, au deuxième temps, la soupape d'admission reste ouverte suffisamment longtemps pour laisser 20 à 30 % du mélange ressortir de la chambre de combustion.

Ainsi l'énergie requise pour comprimer le mélange est 20 % moins élevée, la pression finale avant la combustion, 20 % plus basse, ce qui permet d'augmenter le taux de compression de 20 % (13 à 1 dans le cas de la Toyota Prius à cycle d'Atkinson) sans risquer la détonation.

Le taux de compression plus élevé permet aussi d'extraire plus d'énergie de la pression générée par la combustion. Consommant moins d'énergie de compression et produisant plus d'énergie de détente, le moteur est plus efficace, donc plus économique qu'un moteur à essence de même puissance. En contrepartie, comme 20 % de moins de mélange est admis dans la chambre de combustion, un moteur à cycle d'Atkinson de même cylindrée qu'un moteur à essence produira 20 % moins de puissance.
photo:Toyota