Progression des moteurs à combustion interne et des boîtes de vitesses : Schaeffler développe des solutions pour le segment de la production au volume

01/01/18 / Événements REPXPERT / Communiqués de presse

Advancement of internal combustion engines and transmissions: Schaeffler is developing solutions for the volume-production segment

11e colloque de Schaeffler, 2018

Lors de son 11e colloque, le fournisseur de pièces automobiles et industrielles Schaeffler présentera des solutions innovantes pour les moteurs à combustion interne et les boîtes de vitesses ainsi que pour leur hybridation, qui devient de plus en plus rentable. D’un côté, il faut en priorité accroître l’efficacité du groupe motopropulseur dans son ensemble, de ses modules et de ses composants tout en réduisant les émissions pour les conditions de conduite réelles et en assurant la conformité aux normes pour des cycles d’inspection allongés par le législateur. Cette priorité peut être respectée, entre autres, grâce à l’utilisation d’un système de désactivation séquentielle des cylindres et d’une nouvelle génération de roulements à rouleaux pour moteurs et boîtes de vitesses qui offrent particulièrement peu de friction. D’un autre côté, il faut davantage intégrer aux groupes motopropulseurs à moteur à combustion interne des systèmes d’hybridation « légère » à 48 volts. Les composants et les systèmes développés à cette fin par Schaeffler se concentrent sur une réduction considérable des émissions de CO2 et des autres polluants à l’aide de stratégies de conduite améliorées, notamment la récupération d’énergie, le roulage avec moteur thermique coupé et l’assistance électrique.

BADEN-BADEN, le 16 avril 2018. Près de 70 pour cent des émissions mondiales de CO2 proviennent des combustibles fossiles, et un quart de ces émissions sont générées par le secteur des transports. Afin d’atteindre les cibles ambitieuses de l’accord de Paris en matière de climat, de nouvelles technologies doivent dorénavant être intégrées aux groupes motopropulseurs des futurs véhicules. Toutefois, cela n’est pas suffisant pour que les développements soient uniquement réservés aux entraînements électriques à haute efficacité. En fait, les calculs effectués par Schaeffler démontrent que près de 30 pour cent des véhicules de tourisme neufs seront entraînés par des groupes motopropulseurs entièrement électriques en 2030. Pourtant, au même moment, 40 pour cent de tous les nouveaux véhicules seront dotés d’un système de propulsion hybride, dont les principaux composants seront le moteur à combustion interne et la boîte de vitesses. Et même au-delà de dix ans, les voitures exclusivement alimentées par un moteur à combustion interne occuperont les 30 pour cent restants du marché mondial.

Schaeffler anticipe une croissance du marché particulièrement marquée dans le domaine des véhicules à hybridation légère alimentée par un sous-système électrique à 48 volts. En 2030, une production annuelle d’environ 20 millions d’unités est anticipée pour les modules hybrides (type P0) dans lesquels le moteur électrique est relié au vilebrequin par une courroie. Ce type d’alterno-démarreur-à courroie permet de récupérer une grande partie de l’énergie cinétique qui serait autrement perdue lors du freinage. Une batterie au lithium-ion de petite capacité et à faible coût est utilisée pour stocker l’énergie. L’énergie récupérée peut être utilisée pour redémarrer le moteur en mode marche-arrêt ou en mode roue libre et pour obtenir une force d’accélération additionnelle. Pour assurer le passage dynamique d’un mode de fonctionnement à l’autre, Schaeffler a développé de nouvelles solutions pour les tendeurs de courroie. L’entreprise dévoilera donc un tendeur actif à commande électrique lors du colloque.

Les systèmes à 48 volts seront également de plus en plus utilisés à d’autres positions dans les groupes motopropulseurs hybrides dans les années à venir. L’objectif est d’augmenter la puissance électrique à plus de 20 kW et d’améliorer encore davantage l’efficacité globale et la réduction des émissions des systèmes d’entraînement. En plaçant le moteur électrique de 48 volts directement sur le vilebrequin (module hybride type P1), le lien est cette fois direct avec le moteur à combustion interne. Les stratégies de récupération et de faible consommation sont encore plus efficaces lorsqu’un module hybride de type P2 toujours à moteur 48 volts est placé entre le moteur à combustion interne et la boîte de vitesses. Pour les rouages transversaux dont l’encombrement axial est faible, Schaeffler a développé une variante dotée d’un dispositif parallèle à l’essieu qui agit sur l’arbre d’entrée de la boîte de vitesses par l’intermédiaire d’un entraînement par courroie ou par chaîne. En plus de récupérer l’énergie de freinage, ce système permet une conduite électrique à basse vitesse, notamment dans les bouchons de circulation et lors du stationnement et des manœuvres. En outre, ce module hybride de 48 volts de Schaeffler assiste l’accélération et le roulage avec moteur arrêté, ce qui signifie que le véhicule roule librement alors que le moteur à combustion interne est éteint et découplé du groupe motopropulseur. Un embrayage automatique intégré assure un haut degré de confort lors du redémarrage du véhicule en aidant le moteur à prendre de la vitesse immédiatement après le démarrage. En outre, les modules de type P2 de Schaeffler permettent une hybridation abordable des boîtes de vitesses manuelles.

Le potentiel d’efficacité accrue n’est pas encore pleinement exploité en ce qui concerne les moteurs à combustion interne non hybrides conventionnels. Pour cette raison, Schaeffler a développé des linguets à galets commutables pour la désactivation des cylindres des moteurs à trois cylindres qui seront proposés sur les modèles Ford à forte diffusion. Schaeffler a en outre effectué des essais sur un moteur de test doté d’un système de désactivation séquentielle des cylindres. Dans ce cas, les cylindres éteints changent continuellement : après quatre cycles (à régime normal), le cylindre s’éteint pour les quatre prochains cycles. Le prototype est doté d’un dispositif de commande des soupapes d’admission entièrement variable UniAir et de composants du dispositif de commande commutable du côté de l’échappement. Ceci permet également de réduire les pertes dans le cycle de charge. Dévoilés pour la première fois lors du colloque de Schaeffler, les résultats démontrent qu’en fonction du cycle, la désactivation séquentielle des cylindres permet de réduire la consommation de carburant spécifique de deux pour cent additionnels comparativement à la désactivation statique, sans affecter négativement la réduction des émissions du moteur.

Les technologies d’accroissement de l’efficacité dans les systèmes de transmission occupent également une place importante dans le colloque de Schaeffler. L’amortisseur pendulaire centrifuge, par exemple, s’est montré très efficace pour l’amortissement des vibrations torsionnelles dans le groupe motopropulseur. Toutefois, la tendance au roulage à moteur thermique arrêté donne lieu à un point d’opération critique où un amortisseur pendulaire centrifuge conventionnel n’est plus efficace. Pour que le système d’entraînement accepte l’arrêt et le redémarrage du moteur à combustion interne, Schaeffler a développé un nouveau pendule couplé, dans lequel les amortisseurs se supportent mutuellement grâce à des ressorts positionnés dans le sens circonférentiel. Schaeffler a en outre développé un nouveau concept pour les roulements de transmission à friction particulièrement faible, appelé « unités à rouleaux angulaires » (ARU). Ces unités sont semblables aux roulements à rouleaux coniques et combinent une capacité de charge élevée ainsi qu’une longue durée de vie nominale. Contrairement aux roulements à rouleaux coniques, ces unités peuvent soutenir des charges axiales dans deux directions et peuvent par conséquent faire office de paliers fixes de positionnement ou non. Cette caractéristique minimise la friction, ce qui accroît encore davantage l’efficacité des groupes motopropulseurs conventionnels.