A l'heure ou tous les indicateurs ne sont pas dans le bon sens, et en attendant une réelle révolution technologique, qu'attend BMW pour nous sortir un systeme equivalent a celui proposé par Toyota qui équipe ses prius, RX400, GS350 et bientot yarisII.
Donc un moteur électrique couplé a un moteur essence qui ne consomme pas grand chose, systeme autonome et intellligent, qui rechage en permanence les batteries, silence de fonctionnement et respect de l'environnement.
Moteur Hybride
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Seb77
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- Inscription : sam. avr. 30, 2005 4:11 pm
Re: Moteur Hybride
J'en revais BMW l'a vraiement fait je n'en reviens toujours pas
amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen!
High Precision Injection – la première injection directe essence
au monde à offrir un avantage de consommation substantiel
au quotidien. Le moteur thermique reste la base inébranlable.
Sans cesse perfectionnés depuis plus de 100 ans déjà, les moteurs à essence et les moteurs diesel possèdent pourtant toujours un grand potentiel de développement. Le premier objectif des ingénieurs BMW consiste à
exploi¬ter ce potentiel. Pour BMW, le moteur à combustion interne reste de ce fait la base inébranlable. Car les améliorations du rendement obtenues sur
le moteur développent leur efficacité dans tous les états de fonctionnement, alors que des systèmes additionnels ne permettent souvent qu’une amélioration dans une plage de fonctionnement bien délimitée. De plus, aucune autre formule de propulsion ne saurait mieux répondre aux attentes de la clientèle BMW en matière de fascination et de dynamisme efficace que le moteur à combustion interne.
Dans la concurrence internationale, les moteurs BMW actuels sont à la pointe de ce qui est actuellement faisable. De nombreuses distinctions internatio¬nales en fournissent tous les ans une preuve éclatante. Ainsi, BMW s’est vu attribuer en 2005 six victoires de catégorie sur dix à l’élection du renommé «Engine of the Year Award», dont la victoire au classement général récompen¬sée par le «Best Overall Engine of the Year Award».
A l’occasion du Salon de Francfort 2005, BMW franchit une nouvelle étape technologique : en lançant – sous le nom de «High Precision Injection» – une technologie d’injection directe essence en mélange pauvre, BMW résoudra dans les années à venir l’antagonisme entre performances sportives et
con¬sommation d’essence réduite sous une forme inédite à ce jour. Même par rapport aux moteurs BMW à VALVETRONIC, déjà fort efficaces, cette injection de haute précision permettra d’économiser jusqu’à 10 pour cent de
carburant selon le cycle de conduite européen, voire entre 5 et 15 pour cent entre les mains des clients, en fonction du profil de conduite. Grâce à l’Injection de haute précision, il sera pour la première fois possible d’exploiter tout le poten¬tiel thermodynamique inhérent à l’injection directe essence.
Dans la pratique, les injections directes essence connues à ce jour n’ont pas réussi à réaliser les avantages pronostiqués au niveau de la consommation. Les premières solutions mises en œuvre ne répondaient d’aucune manière aux exigences des ingénieurs BMW et c’est ainsi qu’en 2001, BMW a lancé en série une alternative technologique pour optimiser la consommation : la distribution VALVETRONIC, une commande de la charge sans étranglement. Ce système a entre-temps fait ses preuves des centaines de milliers de
fois sur tous les modèles de la gamme BMW et dans le monde entier, ce qui prouve le bien-fondé de la décision sur le long terme.
Parallèlement, BMW a cependant poursuivi le développement de l’injection directe essence. Il n’a jamais été contesté qu’elle permettait d’ouvrir
des po¬tentiels plus importants que toutes les méthodes alternatives, VALVETRONIC comprise.
Aujourd’hui, BMW est le premier constructeur au monde à maîtriser, grâce
à l’Injection de haute précision «High Precision Injection», une solution
se prê¬tant à la fabrication en grande série et ouvrant dans la pratique des potentiels d’économie de carburant jusqu’ici inaccessibles aux autres technologies.
La nouveauté du procédé BMW consiste dans le fait qu’il n’est plus indispensable de disposer dans la chambre de combustion d’un mouvement aérodynamique défini pour mélanger l’essence à l’air. Les motoristes BMW obtiennent par contre la formation du mélange grâce à un jet d’injection stable de forme conique dans la chambre de combustion. L’allumage du mélange
se fait directement dans le cône du jet d’injection. C’est pourquoi on appelle cette injection directe «à jet dirigé», contrairement à l’injection directe «à jet dévié» ou «à aérodynamique de type tumble». Par le passé, le positionnement central de l’injecteur de type piézo-électrique entre les soupapes et de la bougie également en position centrale représentait un défi non solutionnable, parce qu’il était impossible de maîtriser les températures et pressions élevées et, surtout, le manque de place dans la culasse.
Le fruit des efforts : un procédé de combustion très stable qui – à la différence des solutions déjà connues – fonctionne sur une large plage de régimes du moteur. Ainsi, le moteur peut fonctionner en mélange pauvre, c’est-à-dire avec excès d’air, du régime du ralenti jusqu’à des régimes élevés, améliorant l’éco¬nomie de carburant en conséquence. C’est là la grande différence par rapport aux autres solutions disponibles sur le marché qui ne peuvent fonctionner en mélange pauvre que sur une plage de fonctionnement très limitée. De plus, l’Injection de haute précision ne demande aucune concession dans la conception de la culasse et des pistons, susceptible de porter atteinte à des valeurs de couple et de puissance maximales élevées, typiquement BMW.
Avec le système High Precision Injection, BMW s’impose une fois de plus comme leader technologique dans le domaine des moteurs. Les innovations ne sont pas une fin en soi, mais ne sont mises en pratique que lorsqu’elles harmonisent bien avec le naturel de la marque et qu’elles apportent un réel avantage aux clients.
L’Injection de haute précision sera d’abord lancée sur les marchés européens. D’autres marchés suivront au fur et à mesure que la disponibilité de carburants exempts de soufre, indispensables pour les pièges à NOx du moteur à High Precision Injection, s’améliorera.
Brake Energy Regeneration et Auto-Start-Stop : baisse substantielle de la consommation sans perdre le plaisir de conduire typé BMW.
Intervenant directement sur le moteur, le système High Precision Injection apporte la plus grande contribution individuelle à une baisse substantielle de la consommation. Prises dans leur ensemble, d’autres mesures se
traduisent cependant aussi par des économies notables : sur la base du cycle de conduite européen, il est possible de gagner jusqu’à 10 pour cent,
dans la pratique quotidienne, le gain variera entre 5 et 15 pour cent.
Toutes les mesures prises par BMW ont un point en commun : elles seront déjà disponibles sur de nombreux modèles au moment où l’auto-engagement de l’ACEA, soit un rejet maxi. de CO2 de 140 g/km, entrera en vigueur en 2008. Faisant leur effet sur toute la gamme BMW, elles pourront apporter une contribution nettement plus importante à la baisse de la consommation que des mesures proposées sur un seul modèle doté d’un pack technologique plus sophistiqué. Sur ce point, la stratégie BMW se démarque fortement de celle menée par d’autres constructeurs.
La récupération d’énergie au freinage et le start-stop automatique du moteur constituent des points essentiels du pack technologique BMW. Chaque
me¬sure prise isolément contribue à la réduction de la consommation dans des situations dans lesquelles on a jusqu’ici perdu de l’énergie sans l’utiliser.
C’est ainsi que sous le nom de «Brake Energy Regeneration», BMW fait appel à un générateur à régulation intelligente pour récupérer de l’énergie jusqu’ici dissipée sous forme de chaleur par les disques de frein. En simplifiant,
ce système permet au générateur de transformer de l’énergie cinétique libérée à chaque fois que le conducteur freine ou qu’il lève tout simplement le pied, en énergie électrique et d’injecter cette énergie dans la batterie.
Pendant la con¬duite, l’énergie ainsi stockée peut alimenter le réseau de bord. Le générateur et, donc, le moteur à combustion interne, sont ainsi moins
sollicités – du carburant est économisé de manière intelligente. Et ce au
point qu’à l’accélération de la voiture, le couple pouvant être transmis
aux roues s’accroît, parce que le générateur a besoin de moins d’énergie
pour fonctionner.
Tous les composants essentiels pour faire fonctionner ce système sont dès aujourd’hui disponibles sur les automobiles modernes et ne doivent être modifiés que légèrement pour permettre l’exploitation optimale du potentiel.
Il suffit donc de quelques modifications pour obtenir une économie de carburant pour laquelle d’autres auraient besoin de systèmes nettement plus complexes. La solution BMW est ainsi une voie durable du point de vue non seulement écologique, mais aussi économique. Et c’est une voie d’autant plus séduisante que le plaisir de conduire typiquement BMW restera entièrement intact.
Un système start-stop automatique du moteur forme le deuxième pilier du pack technologique BMW. Sous le nom de «Auto-start-stop», il équipera à l’avenir un nombre croissant de modèles pour couper le moteur automatique¬ment à chaque fois que la voiture s’arrête, par exemple à un feu rouge.
Dès que le conducteur enfonce la pédale d’embrayage ou qu’il actionne l’accélé¬rateur, le moteur se remet en marche. Suivant la devise «ne faire tourner le moteur que lorsqu’on en a besoin», il est ainsi possible de réduire sensible¬ment la consommation dans la circulation urbaine ou dans une circulation en accordéon. A l’instar de la régulation intelligente du générateur pour la récu¬pération d’énergie au freinage, le système start-stop automatique repose en principe également sur des composants conventionnels. Un logiciel intelligent relie les différents capteurs impliqués, le démarreur et le régulateur du géné¬rateur afin que le moteur soit mis en veille et remis en marche
de manière aussi confortable et fiable que les clients BMW l’attendent.
Utilisé systéma¬tiquement, l’Auto-start-stop s’avère être l’une des mesures les plus efficaces qui soient, lorsqu’on considère le rapport coût/utilité.
2.2 BMW Active Hybrid.
Avec le concept moteur BMW Active Hybrid, le BMW Group présente au Salon de Francfort (IAA) 2005, sous la forme d’un concept-car, une solution tournée vers l’avenir pour assurer un dynamisme efficace.
Le BMW Concept X3 EfficientDynamics propose des solutions techniques intelligentes basées sur des composants faisant partie du moteur, de la boîte et d’accumulateurs d’énergie. Ainsi par exemple, des caches de marchepieds transparents dégagent la vue sur des accumulateurs électriques de couleur cuivre qui font partie intégrante du concept BMW Active Hybrid. Il augmente tant la spontanéité que le dynamisme des véhicules tout en en abaissant la consommation grâce à la récupération d’énergie, utilisée ensuite pour
alimen¬ter un moteur électrique d’appoint.
Le BMW Concept X3 EfficientDynamics est une vitrine technologique qui montre de manière impressionnante comment préserver demain aussi le plaisir de conduire avec un grand dynamisme et une consommation réduite.
Gestion de l’énergie à la manière BMW : dynamisme élevé
et exploitation optimale du carburant.
Au sein du BMW Group, on entend par hybridation la gestion intelligente des flux d’énergie à bord d’un véhicule. Un concept hybride doit répondre à toutes les qualités typiques d’une BMW, comme le dynamisme en présence d’une exploi¬tation optimale du carburant, il doit se prêter à toutes les conditions d’utilisation et être disponible pour un nombre maximal de modèles de la gamme.
La technolo¬gie du BMW Concept X3 EfficientDynamics, qui se démarque nettement de tous les systèmes hybrides actuellement réalisés et conçus, s’inscrit dans cette philosophie : associé au moteur à combustion interne
le plus efficace qui soit, c’est la transmission active qui est son élément clé. Sans prendre plus de place, elle abrite le moteur électrique avec
son électronique qui est alimenté en premier lieu non pas par une batterie conventionnelle, mais par des condensateurs de hautes performances.
Performances routières en hausse, émissions en baisse.
Le calcul des performances routières effectué sur la base de la vitrine
tech¬nologique qu’est le BMW Concept X3 EfficientDynamics illustre les avantages du concept BMW pour le conducteur : il indique que le concept-car possède une accélération nettement supérieure à celle d’une voiture
de série compa¬rable dotée d’un système de propulsion conventionnel. Arithmétiquement, il est capable d’abattre le zéro à 100 km/h en 6,7 secondes,
pour une vitesse de pointe d’environ 235 km/h. Dans le cycle de conduite européen, ces performances s’accompagnent cependant d’une baisse de
la consommation et des émissions qui y sont liées d’environ 20 pour cent.
Ainsi, la gestion in¬telligente des flux d’énergie amène les vertus BMW classiques à un nouveau sommet économique.
Motorisation de base à la fois dynamique et économique :
un six cylindres à injection directe à jet dirigé.
Cette synthèse entre économie, écologie et plaisir au volant résulte d’une alliance intelligente entre un moteur thermique et un moteur électrique.
D’une manière traditionnelle, c’est un six cylindres en ligne BMW sous sa forme la plus évoluée qui sert de source d’énergie principale : en l’occurrence, il s’agit d’un moteur à essence doté du système High Precision Injection,
soit une injection directe essence à jet dirigé, qui assurera un bond d’efficacité par rap¬port à la génération actuelle, avec un couple et une puissance nominale nette¬ment supérieurs. Or, l’injection directe essence à jet dirigé n’est pas la seule particularité : en effet, ce six cylindres sera le premier moteur se passant de courroie trapézoïdale. Les organes secondaires, comme la pompe de l’assis¬tance à la direction, le servo de frein et le compresseur de la climatisation, sont entraînés par des moteurs électriques qui leur sont réservés. La mission du générateur est remplie par le moteur électrique de la transmission active.
Atout du moteur électrique : un couple élevé dès le départ arrêté.
Le complément apporté par le moteur électrique permet de profiter des avantages physiques de ce dernier : même si les systèmes de propulsion purement électriques sont inférieurs aux systèmes de propulsion à
combus¬tion interne, le moteur électrique présente des qualités intéressantes s’il est associé au moteur thermique. Alors que ce dernier a besoin d’un certain ré¬gime pour débiter du couple, le moteur électrique délivre son couple maximal dès que lancé. De plus, même les moteurs électriques peu puissants pos¬sèdent un couple relativement élevé. Grâce à cette caractéristique,
le moteur électrique permet le démarrage direct, alors qu’avec le moteur
à combustion interne, l’embrayage est indispensable au démarrage
pour vaincre la différence de régime par rapport aux roues encore à l’arrêt.
Sur les deux types de moteur, la puissance augmente de manière à peu près linéaire en fonction du régime. Mais plus la puissance du moteur électrique est élevée, et plus son accumulateur d’énergie doit être grand – et le
poids des batteries ou piles à combustible atteint rapidement les limites du raison¬nable. Dès que le moteur électrique a atteint sa puissance
maximale à l’accé¬lération, son couple chute de manière disproportionnée.
Alliance puissante : le moteur thermique avec «booster».
Pour les ingénieurs d’étude BMW, une chose était donc claire de prime abord : c’est aux bas régimes que l’utilité globale relative d’un moteur électrique est la plus grande. Dans la plage des régimes inférieurs, le moteur thermique ne fournit qu’une partie de son couple maximal. La conséquence : au lieu de prendre des mesures sophistiquées sur le moteur thermique pour en augmenter le couple, les ingénieurs BMW ont développé un système
dans lequel le moteur électrique sert à booster le couple moteur. En d’autres termes : plein punch dès les bas régimes.
Savoir-faire BMW à l’état pur : la transmission active.
Les ingénieurs BMW ont étudié une multitude de combinaisons entre un moteur électrique et un moteur thermique pour la propulsion d’un véhicule et ils ont fini par trouver une solution digne de BMW : la transmission active du BMW Concept X3 EfficientDynamics. Dans le carter de la boîte automatique de série, elle abrite les six rapports de boîte, le moteur électrique avec deux embrayages ainsi que toute l’électronique de commande et de puissance.
Les ingénieurs BMW ont ainsi réussi à mettre au point un système capable de loger le moteur d’appoint complet dans l’encombrement du convertisseur de couple hydraulique et de l’embrayage de prise directe, sans porter atteinte aux dimensions globales.
Pour y parvenir, les ingénieurs BMW ont développé une machine électrique allégée ultracompacte montée à l’entrée de la boîte de vitesses. Conçu pour une puissance de 30 kW, ce moteur électrique présente l’avantage de pouvoir débiter temporairement une puissance de pointe de 60 kW sans dépense technique supplémentaire. Une qualité favorisant fortement son utilisation de booster tout en autorisant des dimensions compactes. Le moteur électrique synchrone fonctionne avec une tension de service de 100 à 200 volts, ce qui correspond à la plage des tensions de l’électronique de puissance intégrée.
Un moteur électrique à deux embrayages au lieu du convertisseur
de couple.
La disposition du moteur électrique dans la chaîne cinématique directe entre le moteur et la boîte de vitesses offre un autre avantage de taille : le moteur électrique peut utiliser les rapports de démultiplication de la boîte d’une part et reprendre toute une série de fonctions d’entraînement exigeant différentes puissances et différents couple d’autre part. Prenons un exemple : sur les transmissions automatiques actuelles, un convertisseur de couple hydraulique fait office d’embrayage au démarrage. Pendant les premiers tours de roues,
le convertisseur engendre un surplus de couple qui – en simplifiant – transmet aux roues plus de puissance que le moteur n’en délivre. Et c’est exactement cet effet que le moteur électrique compact est également capable de produire.
C’est pourquoi, sur la transmission active, le moteur électrique reprend la place et le rôle du convertisseur de couple et de l’embrayage de prise directe, accompagné de deux embrayages en bain d’huile : le premier jeu de disques relie le moteur thermique au moteur électrique, le deuxième relie le moteur électrique à la boîte. L’objectif : réaliser des dimensions (longueur et diamètre) qui permettent de loger le tout – y compris le bloc électronique de puissance – dans le carter de boîte et de le monter donc en lieu et place d’une boîte
auto¬matique BMW conventionnelle. Sa compacité rend la transmission active BMW unique face aux concepts hybrides développés à l’échelle mondiale.
Un concentré énergétique : démarrer en électrique,
accélérer grâce au six cylindres.
Le matériel intégré ne représente, certes, qu’une partie du concept
BMW Ac¬tive Hybrid. L’autre est constituée par la stratégie de fonctionnement reposant sur un savoir-faire raffiné. Ainsi, le conducteur ne doit pas tout d’abord lancer le moteur à combustion interne, il suffit qu’il donne un coup d’accélérateur pour que la voiture démarre avec entrain. Dans la transmission active, le premier embrayage entre le moteur thermique et le moteur électrique est alors ouvert, alors que le deuxième solidarise le moteur électrique avec la boîte de vitesses. Le démarrage se fait en électrique – dans un silence total. Dès que la voiture roule, le premier embrayage se ferme en douceur et le moteur thermique est lancé. A ce moment, le moteur électrique assure aussi la fonction de démar¬reur du moteur thermique. La stratégie
de service intelligente veille à un démarrage confortable, sans à-coups.
Jusqu’à 600 Newtons-mètres : puissant comme un diesel,
spontané comme un moteur à essence.
La stratégie énergie du concept hybride BMW prometteur associe ainsi une spontanéité dynamique avec une exploitation optimale de l’énergie : lorsque le conducteur freine sa voiture jusqu’à l’arrêt complet, le moteur thermique est coupé. Il ne consomme donc plus de carburant et ne produit plus d’émissions polluantes. Dès que le conducteur réappuie sur l’accélérateur, le moteur
se re¬met en marche. Lorsque le conducteur continue d’appuyer sur l’accélérateur, c’est d’abord le moteur électrique développant 400 Newtons-mètres qui entraîne le véhicule avec une puissance maximale de 60 kW.
Tant que les accélérations restent modérées, le moteur thermique n’intervient pas et le véhicule n’est propulsé que par le moteur électrique. Pour les accélérations plus fortes et les vitesses plus élevées, le moteur thermique prend la relève.
Pour assurer un départ arrêté rapide, le moteur thermique est lancé
immé¬diatement. Aux bas régimes, il y a ainsi superposition des couples des deux mécaniques qui débitent jusqu’à 600 Newtons-mètres en dessous
de 1500 tours/minute. Une nouvelle dimension pour un moteur à essence,
puisque ce couple est même supérieur à celui délivré par le trois litres diesel de BMW. Jusqu’à 3 000 tr/mn environ, le moteur électrique soutient le
moteur thermique, puis – en fonction du dynamisme de roulage – il est mis hors cir¬cuit ou bien passe en configuration de recharge.
Puissance accrue dans tous les rapports.
Le concept de la transmission active ne joue cependant pas ses atouts qu’au démarrage. Le moteur électrique étant monté en amont de la boîte, il peut fournir un appoint à chaque fois que le moteur thermique tourne à bas régime –
et donc, sur chacun des six rapports de la boîte automatique. En effet,
la répartition habile de la demande de puissance du conducteur sur les deux moteurs fait que même lorsque la voiture roule normalement, le moteur électrique ne doit fournir son appoint que pendant de brefs moments, comme au démarrage. Trois secondes environ – voilà le calcul des ingénieurs
d’étude BMW – suffisent dans la grande majorité des cas de charge d’une part pour obtenir un effet de boost sensible et d’autre part pour réaliser une économie de carburant significative.
Dynamisme à l’état pur : accélérer avec fougue, recharger sans délai.
Les phases de service généralement courtes du moteur électrique offrent un autre avantage : la quantité d’énergie que l’accumulateur électrique doit fournir est plutôt réduite. Et ce dernier est rechargé directement après prélèvement de l’énergie, avant d’être à nouveau sollicité. A cet effet, le moteur électrique passe en configuration générateur surtout dans les phases de freinage et
de décélération de la voiture. Il va sans dire qu’il ne charge pas seulement les accumulateurs d’énergie de haute tension, mais aussi, via un convertisseur,
la batterie 12 volts conventionnelle. Pour éviter les pertes par résistance,
l’em¬brayage entre le moteur thermique et le moteur électrique s’ouvre dans cette configuration. La transmission active est ainsi en mesure de récupérer tout de suite l’énergie cinétique – transformée en chaleur et dissipée,
c’est-à-dire perdue, sur les véhicules conventionnels – sous forme d’énergie électrique.
Unique : l’accumulateur se recharge à chaque pression exercée
sur la pédale de frein.
Un exemple : lorsque, dans une circulation en accordéon, le conducteur actionne l’accélérateur pour avancer, les accumulateurs se vident, certes, mais dans la phase de décélération qui suit, ils sont rechargés aussi vite. Dans
des situations dynamiques de ce type, caractérisées par des cycles de charge prononcés, la consommation d’un moteur thermique augmente fortement.
Le BMW Active Hybrid est donc ici doublement avantageux pour le conducteur :
il augmente le dynamisme tout en consommant nettement moins.
De plus, l’accumulateur d’énergie peut être rechargé au besoin par augmen¬tation du point de fonctionnement du moteur thermique. La stratégie de
régu¬lation du BMW Active Hybrid est rigoureusement conçue de sorte que la quantité d’énergie électrique débitée ne dépasse jamais celle pouvant être rechargée en un temps très bref, même dans la situation la plus défavorable. Dans la pratique, le conducteur ne connaîtra de ce fait jamais de perte de puissance due à un accumulateur électrique vide. Il peut être sûr que le
BMW Active Hybrid fonctionne toujours de la même manière, quelles que soient les conditions.
Un accumulateur optimal pour des véhicules dynamiques :
les supercondensateurs.
Lorsqu’il est question d’accumulateurs électriques, on pense instinctivement aux batteries. Or, il n’y a guère moins approprié pour le profil d’utilisation
du BMW Active Hybrid marqué par un dynamisme élevé avec des cycles de charge/décharge rapides que les batteries d’accumulateurs. Ce type de fonctionnement requiert plutôt l’utilisation d’accumulateurs d’énergie d’une densité de puissance extrême. Dans ce contexte, les condensateurs à
double couche, que l’on appelle aussi supercondensateurs, sont imbattables compa¬rés aux batteries électrochimiques. Leur densité de puissance spécifique est d’environ 15 kilowatts par kilogramme. Une batterie nickel/ hydrures métalli¬ques affiche environ 1,3 kW/kg. Sur ce point, les super¬condensateurs dépassent donc les batteries de plus d’un facteur de dix.
Dans l’application automobile, ce rapport reste maintenu : si les super¬condensateurs atteignent plus de 5 kW/kg, les batteries sont limitées à moins de 0,5 kW/kg. A poids, à tension et à puissance débitée identiques, le rendement des condensateurs à double couche s’élève ainsi à 98 pour cent, contre 84 pour cent pour les batteries NiMH.
Plein les bas de caisse : des supercondensateurs rouge cuivre.
Sur le BMW Concept X3 EfficientDynamics, les supercondensateurs ne passent pas inaperçus : des tubes luisant d’un rouge cuivre sont intégrés
dans les bas de caisse transparents. Cet emplacement est idéal en termes
tant de dynamisme du véhicule sous effort latéral et autour de l’axe vertical que d’en¬combrement. Avec la transmission active, ils constituent les éléments
clés du concept-car. En effet, les supercondensateurs peuvent absorber un maximum d’énergie électrique sans pertes notables en quelques fractions de seconde et la restituer aussi vite. Jusqu’ici, c’est surtout dans les installations éoliennes qu’on a fait appel à ces accumulateurs d’énergie exempts d’entretien d’une durée de vie illimitée. Les supercondensateurs mis en œuvre sur le démons¬trateur X3 ont un diamètre d’environ 50 millimètres
et une capacité globale de 190 kW.
Résistance interne minimale : passage sans perte entre charge
et décharge.
Le seul inconvénient des condensateurs par rapport aux batteries
électro¬chimiques réside dans leur densité d’énergie sensiblement moins élevée. Il s’agit cependant d’un inconvénient théorique, parce que, en vue
de la durée de vie, la densité d’énergie des batteries électrochimiques n’est
en règle générale exploitée que pour une toute petite partie. Sur ce point,
les batteries NiMH opposent environ 5 wattheures par kilogramme (Wh/kg) à environ 4 Wh/kg pour les supercondensateurs. Autre raison : les batteries présentent une résistance interne élevée qui augmente fortement au fur et à mesure que la batterie se décharge. Or, une résistance interne élevée est équivalente à des pertes d’énergie élevées lors du rechargement ; une bonne partie de l’énergie récupérée au freinage est ainsi perdue et le rechargement se pro¬longe. En revanche, la résistance interne des supercondensateurs tend vers zéro, indépendamment de leur état de charge. Dans la pratique,
cela signifie que le cycle de charge/décharge peut être répété autant de fois que néces¬saire et à des intervalles extrêmement rapprochés. Les super¬condensateurs réunissent ainsi des conditions optimales par exemple lorsque la voiture est prise dans la circulation en accordéon décrite plus haut.
La capacité globale des supercondensateurs, soit 190 kW, suffit aussi pour l’utilisation sur une voiture soumise à un régime très dynamique. Toutefois,
le conducteur peut aussi faire fonctionner son véhicule en mode tout électrique, pour faire des créneaux ou pour le manœuvrer par exemple.
Les superconden¬sateurs fournissent assez d’énergie dans ces situations.
Voitures hybrides BMW : 15 ans de recherche et de développement.
Le BMW Group étudie la formule hybride depuis le début des années 90 déjà. Il a surtout fait avancer le développement d’un moteur électrique en forme
de disque se prêtant à l’application automobile, tel qu’on le trouve aujourd’hui sur le concept-car. Dès 1991, BMW a déposé un brevet relatif à une «transmission électrique». Différents prototypes ont été construits, mais le poids élevé des batteries et composants électriques du système n’ont
pas permis de répondre aux exigences ambitieuses que BMW formule face
à des concepts automo¬biles commercialisables.
amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen! amen!
High Precision Injection – la première injection directe essence
au monde à offrir un avantage de consommation substantiel
au quotidien. Le moteur thermique reste la base inébranlable.
Sans cesse perfectionnés depuis plus de 100 ans déjà, les moteurs à essence et les moteurs diesel possèdent pourtant toujours un grand potentiel de développement. Le premier objectif des ingénieurs BMW consiste à
exploi¬ter ce potentiel. Pour BMW, le moteur à combustion interne reste de ce fait la base inébranlable. Car les améliorations du rendement obtenues sur
le moteur développent leur efficacité dans tous les états de fonctionnement, alors que des systèmes additionnels ne permettent souvent qu’une amélioration dans une plage de fonctionnement bien délimitée. De plus, aucune autre formule de propulsion ne saurait mieux répondre aux attentes de la clientèle BMW en matière de fascination et de dynamisme efficace que le moteur à combustion interne.
Dans la concurrence internationale, les moteurs BMW actuels sont à la pointe de ce qui est actuellement faisable. De nombreuses distinctions internatio¬nales en fournissent tous les ans une preuve éclatante. Ainsi, BMW s’est vu attribuer en 2005 six victoires de catégorie sur dix à l’élection du renommé «Engine of the Year Award», dont la victoire au classement général récompen¬sée par le «Best Overall Engine of the Year Award».
A l’occasion du Salon de Francfort 2005, BMW franchit une nouvelle étape technologique : en lançant – sous le nom de «High Precision Injection» – une technologie d’injection directe essence en mélange pauvre, BMW résoudra dans les années à venir l’antagonisme entre performances sportives et
con¬sommation d’essence réduite sous une forme inédite à ce jour. Même par rapport aux moteurs BMW à VALVETRONIC, déjà fort efficaces, cette injection de haute précision permettra d’économiser jusqu’à 10 pour cent de
carburant selon le cycle de conduite européen, voire entre 5 et 15 pour cent entre les mains des clients, en fonction du profil de conduite. Grâce à l’Injection de haute précision, il sera pour la première fois possible d’exploiter tout le poten¬tiel thermodynamique inhérent à l’injection directe essence.
Dans la pratique, les injections directes essence connues à ce jour n’ont pas réussi à réaliser les avantages pronostiqués au niveau de la consommation. Les premières solutions mises en œuvre ne répondaient d’aucune manière aux exigences des ingénieurs BMW et c’est ainsi qu’en 2001, BMW a lancé en série une alternative technologique pour optimiser la consommation : la distribution VALVETRONIC, une commande de la charge sans étranglement. Ce système a entre-temps fait ses preuves des centaines de milliers de
fois sur tous les modèles de la gamme BMW et dans le monde entier, ce qui prouve le bien-fondé de la décision sur le long terme.
Parallèlement, BMW a cependant poursuivi le développement de l’injection directe essence. Il n’a jamais été contesté qu’elle permettait d’ouvrir
des po¬tentiels plus importants que toutes les méthodes alternatives, VALVETRONIC comprise.
Aujourd’hui, BMW est le premier constructeur au monde à maîtriser, grâce
à l’Injection de haute précision «High Precision Injection», une solution
se prê¬tant à la fabrication en grande série et ouvrant dans la pratique des potentiels d’économie de carburant jusqu’ici inaccessibles aux autres technologies.
La nouveauté du procédé BMW consiste dans le fait qu’il n’est plus indispensable de disposer dans la chambre de combustion d’un mouvement aérodynamique défini pour mélanger l’essence à l’air. Les motoristes BMW obtiennent par contre la formation du mélange grâce à un jet d’injection stable de forme conique dans la chambre de combustion. L’allumage du mélange
se fait directement dans le cône du jet d’injection. C’est pourquoi on appelle cette injection directe «à jet dirigé», contrairement à l’injection directe «à jet dévié» ou «à aérodynamique de type tumble». Par le passé, le positionnement central de l’injecteur de type piézo-électrique entre les soupapes et de la bougie également en position centrale représentait un défi non solutionnable, parce qu’il était impossible de maîtriser les températures et pressions élevées et, surtout, le manque de place dans la culasse.
Le fruit des efforts : un procédé de combustion très stable qui – à la différence des solutions déjà connues – fonctionne sur une large plage de régimes du moteur. Ainsi, le moteur peut fonctionner en mélange pauvre, c’est-à-dire avec excès d’air, du régime du ralenti jusqu’à des régimes élevés, améliorant l’éco¬nomie de carburant en conséquence. C’est là la grande différence par rapport aux autres solutions disponibles sur le marché qui ne peuvent fonctionner en mélange pauvre que sur une plage de fonctionnement très limitée. De plus, l’Injection de haute précision ne demande aucune concession dans la conception de la culasse et des pistons, susceptible de porter atteinte à des valeurs de couple et de puissance maximales élevées, typiquement BMW.
Avec le système High Precision Injection, BMW s’impose une fois de plus comme leader technologique dans le domaine des moteurs. Les innovations ne sont pas une fin en soi, mais ne sont mises en pratique que lorsqu’elles harmonisent bien avec le naturel de la marque et qu’elles apportent un réel avantage aux clients.
L’Injection de haute précision sera d’abord lancée sur les marchés européens. D’autres marchés suivront au fur et à mesure que la disponibilité de carburants exempts de soufre, indispensables pour les pièges à NOx du moteur à High Precision Injection, s’améliorera.
Brake Energy Regeneration et Auto-Start-Stop : baisse substantielle de la consommation sans perdre le plaisir de conduire typé BMW.
Intervenant directement sur le moteur, le système High Precision Injection apporte la plus grande contribution individuelle à une baisse substantielle de la consommation. Prises dans leur ensemble, d’autres mesures se
traduisent cependant aussi par des économies notables : sur la base du cycle de conduite européen, il est possible de gagner jusqu’à 10 pour cent,
dans la pratique quotidienne, le gain variera entre 5 et 15 pour cent.
Toutes les mesures prises par BMW ont un point en commun : elles seront déjà disponibles sur de nombreux modèles au moment où l’auto-engagement de l’ACEA, soit un rejet maxi. de CO2 de 140 g/km, entrera en vigueur en 2008. Faisant leur effet sur toute la gamme BMW, elles pourront apporter une contribution nettement plus importante à la baisse de la consommation que des mesures proposées sur un seul modèle doté d’un pack technologique plus sophistiqué. Sur ce point, la stratégie BMW se démarque fortement de celle menée par d’autres constructeurs.
La récupération d’énergie au freinage et le start-stop automatique du moteur constituent des points essentiels du pack technologique BMW. Chaque
me¬sure prise isolément contribue à la réduction de la consommation dans des situations dans lesquelles on a jusqu’ici perdu de l’énergie sans l’utiliser.
C’est ainsi que sous le nom de «Brake Energy Regeneration», BMW fait appel à un générateur à régulation intelligente pour récupérer de l’énergie jusqu’ici dissipée sous forme de chaleur par les disques de frein. En simplifiant,
ce système permet au générateur de transformer de l’énergie cinétique libérée à chaque fois que le conducteur freine ou qu’il lève tout simplement le pied, en énergie électrique et d’injecter cette énergie dans la batterie.
Pendant la con¬duite, l’énergie ainsi stockée peut alimenter le réseau de bord. Le générateur et, donc, le moteur à combustion interne, sont ainsi moins
sollicités – du carburant est économisé de manière intelligente. Et ce au
point qu’à l’accélération de la voiture, le couple pouvant être transmis
aux roues s’accroît, parce que le générateur a besoin de moins d’énergie
pour fonctionner.
Tous les composants essentiels pour faire fonctionner ce système sont dès aujourd’hui disponibles sur les automobiles modernes et ne doivent être modifiés que légèrement pour permettre l’exploitation optimale du potentiel.
Il suffit donc de quelques modifications pour obtenir une économie de carburant pour laquelle d’autres auraient besoin de systèmes nettement plus complexes. La solution BMW est ainsi une voie durable du point de vue non seulement écologique, mais aussi économique. Et c’est une voie d’autant plus séduisante que le plaisir de conduire typiquement BMW restera entièrement intact.
Un système start-stop automatique du moteur forme le deuxième pilier du pack technologique BMW. Sous le nom de «Auto-start-stop», il équipera à l’avenir un nombre croissant de modèles pour couper le moteur automatique¬ment à chaque fois que la voiture s’arrête, par exemple à un feu rouge.
Dès que le conducteur enfonce la pédale d’embrayage ou qu’il actionne l’accélé¬rateur, le moteur se remet en marche. Suivant la devise «ne faire tourner le moteur que lorsqu’on en a besoin», il est ainsi possible de réduire sensible¬ment la consommation dans la circulation urbaine ou dans une circulation en accordéon. A l’instar de la régulation intelligente du générateur pour la récu¬pération d’énergie au freinage, le système start-stop automatique repose en principe également sur des composants conventionnels. Un logiciel intelligent relie les différents capteurs impliqués, le démarreur et le régulateur du géné¬rateur afin que le moteur soit mis en veille et remis en marche
de manière aussi confortable et fiable que les clients BMW l’attendent.
Utilisé systéma¬tiquement, l’Auto-start-stop s’avère être l’une des mesures les plus efficaces qui soient, lorsqu’on considère le rapport coût/utilité.
2.2 BMW Active Hybrid.
Avec le concept moteur BMW Active Hybrid, le BMW Group présente au Salon de Francfort (IAA) 2005, sous la forme d’un concept-car, une solution tournée vers l’avenir pour assurer un dynamisme efficace.
Le BMW Concept X3 EfficientDynamics propose des solutions techniques intelligentes basées sur des composants faisant partie du moteur, de la boîte et d’accumulateurs d’énergie. Ainsi par exemple, des caches de marchepieds transparents dégagent la vue sur des accumulateurs électriques de couleur cuivre qui font partie intégrante du concept BMW Active Hybrid. Il augmente tant la spontanéité que le dynamisme des véhicules tout en en abaissant la consommation grâce à la récupération d’énergie, utilisée ensuite pour
alimen¬ter un moteur électrique d’appoint.
Le BMW Concept X3 EfficientDynamics est une vitrine technologique qui montre de manière impressionnante comment préserver demain aussi le plaisir de conduire avec un grand dynamisme et une consommation réduite.
Gestion de l’énergie à la manière BMW : dynamisme élevé
et exploitation optimale du carburant.
Au sein du BMW Group, on entend par hybridation la gestion intelligente des flux d’énergie à bord d’un véhicule. Un concept hybride doit répondre à toutes les qualités typiques d’une BMW, comme le dynamisme en présence d’une exploi¬tation optimale du carburant, il doit se prêter à toutes les conditions d’utilisation et être disponible pour un nombre maximal de modèles de la gamme.
La technolo¬gie du BMW Concept X3 EfficientDynamics, qui se démarque nettement de tous les systèmes hybrides actuellement réalisés et conçus, s’inscrit dans cette philosophie : associé au moteur à combustion interne
le plus efficace qui soit, c’est la transmission active qui est son élément clé. Sans prendre plus de place, elle abrite le moteur électrique avec
son électronique qui est alimenté en premier lieu non pas par une batterie conventionnelle, mais par des condensateurs de hautes performances.
Performances routières en hausse, émissions en baisse.
Le calcul des performances routières effectué sur la base de la vitrine
tech¬nologique qu’est le BMW Concept X3 EfficientDynamics illustre les avantages du concept BMW pour le conducteur : il indique que le concept-car possède une accélération nettement supérieure à celle d’une voiture
de série compa¬rable dotée d’un système de propulsion conventionnel. Arithmétiquement, il est capable d’abattre le zéro à 100 km/h en 6,7 secondes,
pour une vitesse de pointe d’environ 235 km/h. Dans le cycle de conduite européen, ces performances s’accompagnent cependant d’une baisse de
la consommation et des émissions qui y sont liées d’environ 20 pour cent.
Ainsi, la gestion in¬telligente des flux d’énergie amène les vertus BMW classiques à un nouveau sommet économique.
Motorisation de base à la fois dynamique et économique :
un six cylindres à injection directe à jet dirigé.
Cette synthèse entre économie, écologie et plaisir au volant résulte d’une alliance intelligente entre un moteur thermique et un moteur électrique.
D’une manière traditionnelle, c’est un six cylindres en ligne BMW sous sa forme la plus évoluée qui sert de source d’énergie principale : en l’occurrence, il s’agit d’un moteur à essence doté du système High Precision Injection,
soit une injection directe essence à jet dirigé, qui assurera un bond d’efficacité par rap¬port à la génération actuelle, avec un couple et une puissance nominale nette¬ment supérieurs. Or, l’injection directe essence à jet dirigé n’est pas la seule particularité : en effet, ce six cylindres sera le premier moteur se passant de courroie trapézoïdale. Les organes secondaires, comme la pompe de l’assis¬tance à la direction, le servo de frein et le compresseur de la climatisation, sont entraînés par des moteurs électriques qui leur sont réservés. La mission du générateur est remplie par le moteur électrique de la transmission active.
Atout du moteur électrique : un couple élevé dès le départ arrêté.
Le complément apporté par le moteur électrique permet de profiter des avantages physiques de ce dernier : même si les systèmes de propulsion purement électriques sont inférieurs aux systèmes de propulsion à
combus¬tion interne, le moteur électrique présente des qualités intéressantes s’il est associé au moteur thermique. Alors que ce dernier a besoin d’un certain ré¬gime pour débiter du couple, le moteur électrique délivre son couple maximal dès que lancé. De plus, même les moteurs électriques peu puissants pos¬sèdent un couple relativement élevé. Grâce à cette caractéristique,
le moteur électrique permet le démarrage direct, alors qu’avec le moteur
à combustion interne, l’embrayage est indispensable au démarrage
pour vaincre la différence de régime par rapport aux roues encore à l’arrêt.
Sur les deux types de moteur, la puissance augmente de manière à peu près linéaire en fonction du régime. Mais plus la puissance du moteur électrique est élevée, et plus son accumulateur d’énergie doit être grand – et le
poids des batteries ou piles à combustible atteint rapidement les limites du raison¬nable. Dès que le moteur électrique a atteint sa puissance
maximale à l’accé¬lération, son couple chute de manière disproportionnée.
Alliance puissante : le moteur thermique avec «booster».
Pour les ingénieurs d’étude BMW, une chose était donc claire de prime abord : c’est aux bas régimes que l’utilité globale relative d’un moteur électrique est la plus grande. Dans la plage des régimes inférieurs, le moteur thermique ne fournit qu’une partie de son couple maximal. La conséquence : au lieu de prendre des mesures sophistiquées sur le moteur thermique pour en augmenter le couple, les ingénieurs BMW ont développé un système
dans lequel le moteur électrique sert à booster le couple moteur. En d’autres termes : plein punch dès les bas régimes.
Savoir-faire BMW à l’état pur : la transmission active.
Les ingénieurs BMW ont étudié une multitude de combinaisons entre un moteur électrique et un moteur thermique pour la propulsion d’un véhicule et ils ont fini par trouver une solution digne de BMW : la transmission active du BMW Concept X3 EfficientDynamics. Dans le carter de la boîte automatique de série, elle abrite les six rapports de boîte, le moteur électrique avec deux embrayages ainsi que toute l’électronique de commande et de puissance.
Les ingénieurs BMW ont ainsi réussi à mettre au point un système capable de loger le moteur d’appoint complet dans l’encombrement du convertisseur de couple hydraulique et de l’embrayage de prise directe, sans porter atteinte aux dimensions globales.
Pour y parvenir, les ingénieurs BMW ont développé une machine électrique allégée ultracompacte montée à l’entrée de la boîte de vitesses. Conçu pour une puissance de 30 kW, ce moteur électrique présente l’avantage de pouvoir débiter temporairement une puissance de pointe de 60 kW sans dépense technique supplémentaire. Une qualité favorisant fortement son utilisation de booster tout en autorisant des dimensions compactes. Le moteur électrique synchrone fonctionne avec une tension de service de 100 à 200 volts, ce qui correspond à la plage des tensions de l’électronique de puissance intégrée.
Un moteur électrique à deux embrayages au lieu du convertisseur
de couple.
La disposition du moteur électrique dans la chaîne cinématique directe entre le moteur et la boîte de vitesses offre un autre avantage de taille : le moteur électrique peut utiliser les rapports de démultiplication de la boîte d’une part et reprendre toute une série de fonctions d’entraînement exigeant différentes puissances et différents couple d’autre part. Prenons un exemple : sur les transmissions automatiques actuelles, un convertisseur de couple hydraulique fait office d’embrayage au démarrage. Pendant les premiers tours de roues,
le convertisseur engendre un surplus de couple qui – en simplifiant – transmet aux roues plus de puissance que le moteur n’en délivre. Et c’est exactement cet effet que le moteur électrique compact est également capable de produire.
C’est pourquoi, sur la transmission active, le moteur électrique reprend la place et le rôle du convertisseur de couple et de l’embrayage de prise directe, accompagné de deux embrayages en bain d’huile : le premier jeu de disques relie le moteur thermique au moteur électrique, le deuxième relie le moteur électrique à la boîte. L’objectif : réaliser des dimensions (longueur et diamètre) qui permettent de loger le tout – y compris le bloc électronique de puissance – dans le carter de boîte et de le monter donc en lieu et place d’une boîte
auto¬matique BMW conventionnelle. Sa compacité rend la transmission active BMW unique face aux concepts hybrides développés à l’échelle mondiale.
Un concentré énergétique : démarrer en électrique,
accélérer grâce au six cylindres.
Le matériel intégré ne représente, certes, qu’une partie du concept
BMW Ac¬tive Hybrid. L’autre est constituée par la stratégie de fonctionnement reposant sur un savoir-faire raffiné. Ainsi, le conducteur ne doit pas tout d’abord lancer le moteur à combustion interne, il suffit qu’il donne un coup d’accélérateur pour que la voiture démarre avec entrain. Dans la transmission active, le premier embrayage entre le moteur thermique et le moteur électrique est alors ouvert, alors que le deuxième solidarise le moteur électrique avec la boîte de vitesses. Le démarrage se fait en électrique – dans un silence total. Dès que la voiture roule, le premier embrayage se ferme en douceur et le moteur thermique est lancé. A ce moment, le moteur électrique assure aussi la fonction de démar¬reur du moteur thermique. La stratégie
de service intelligente veille à un démarrage confortable, sans à-coups.
Jusqu’à 600 Newtons-mètres : puissant comme un diesel,
spontané comme un moteur à essence.
La stratégie énergie du concept hybride BMW prometteur associe ainsi une spontanéité dynamique avec une exploitation optimale de l’énergie : lorsque le conducteur freine sa voiture jusqu’à l’arrêt complet, le moteur thermique est coupé. Il ne consomme donc plus de carburant et ne produit plus d’émissions polluantes. Dès que le conducteur réappuie sur l’accélérateur, le moteur
se re¬met en marche. Lorsque le conducteur continue d’appuyer sur l’accélérateur, c’est d’abord le moteur électrique développant 400 Newtons-mètres qui entraîne le véhicule avec une puissance maximale de 60 kW.
Tant que les accélérations restent modérées, le moteur thermique n’intervient pas et le véhicule n’est propulsé que par le moteur électrique. Pour les accélérations plus fortes et les vitesses plus élevées, le moteur thermique prend la relève.
Pour assurer un départ arrêté rapide, le moteur thermique est lancé
immé¬diatement. Aux bas régimes, il y a ainsi superposition des couples des deux mécaniques qui débitent jusqu’à 600 Newtons-mètres en dessous
de 1500 tours/minute. Une nouvelle dimension pour un moteur à essence,
puisque ce couple est même supérieur à celui délivré par le trois litres diesel de BMW. Jusqu’à 3 000 tr/mn environ, le moteur électrique soutient le
moteur thermique, puis – en fonction du dynamisme de roulage – il est mis hors cir¬cuit ou bien passe en configuration de recharge.
Puissance accrue dans tous les rapports.
Le concept de la transmission active ne joue cependant pas ses atouts qu’au démarrage. Le moteur électrique étant monté en amont de la boîte, il peut fournir un appoint à chaque fois que le moteur thermique tourne à bas régime –
et donc, sur chacun des six rapports de la boîte automatique. En effet,
la répartition habile de la demande de puissance du conducteur sur les deux moteurs fait que même lorsque la voiture roule normalement, le moteur électrique ne doit fournir son appoint que pendant de brefs moments, comme au démarrage. Trois secondes environ – voilà le calcul des ingénieurs
d’étude BMW – suffisent dans la grande majorité des cas de charge d’une part pour obtenir un effet de boost sensible et d’autre part pour réaliser une économie de carburant significative.
Dynamisme à l’état pur : accélérer avec fougue, recharger sans délai.
Les phases de service généralement courtes du moteur électrique offrent un autre avantage : la quantité d’énergie que l’accumulateur électrique doit fournir est plutôt réduite. Et ce dernier est rechargé directement après prélèvement de l’énergie, avant d’être à nouveau sollicité. A cet effet, le moteur électrique passe en configuration générateur surtout dans les phases de freinage et
de décélération de la voiture. Il va sans dire qu’il ne charge pas seulement les accumulateurs d’énergie de haute tension, mais aussi, via un convertisseur,
la batterie 12 volts conventionnelle. Pour éviter les pertes par résistance,
l’em¬brayage entre le moteur thermique et le moteur électrique s’ouvre dans cette configuration. La transmission active est ainsi en mesure de récupérer tout de suite l’énergie cinétique – transformée en chaleur et dissipée,
c’est-à-dire perdue, sur les véhicules conventionnels – sous forme d’énergie électrique.
Unique : l’accumulateur se recharge à chaque pression exercée
sur la pédale de frein.
Un exemple : lorsque, dans une circulation en accordéon, le conducteur actionne l’accélérateur pour avancer, les accumulateurs se vident, certes, mais dans la phase de décélération qui suit, ils sont rechargés aussi vite. Dans
des situations dynamiques de ce type, caractérisées par des cycles de charge prononcés, la consommation d’un moteur thermique augmente fortement.
Le BMW Active Hybrid est donc ici doublement avantageux pour le conducteur :
il augmente le dynamisme tout en consommant nettement moins.
De plus, l’accumulateur d’énergie peut être rechargé au besoin par augmen¬tation du point de fonctionnement du moteur thermique. La stratégie de
régu¬lation du BMW Active Hybrid est rigoureusement conçue de sorte que la quantité d’énergie électrique débitée ne dépasse jamais celle pouvant être rechargée en un temps très bref, même dans la situation la plus défavorable. Dans la pratique, le conducteur ne connaîtra de ce fait jamais de perte de puissance due à un accumulateur électrique vide. Il peut être sûr que le
BMW Active Hybrid fonctionne toujours de la même manière, quelles que soient les conditions.
Un accumulateur optimal pour des véhicules dynamiques :
les supercondensateurs.
Lorsqu’il est question d’accumulateurs électriques, on pense instinctivement aux batteries. Or, il n’y a guère moins approprié pour le profil d’utilisation
du BMW Active Hybrid marqué par un dynamisme élevé avec des cycles de charge/décharge rapides que les batteries d’accumulateurs. Ce type de fonctionnement requiert plutôt l’utilisation d’accumulateurs d’énergie d’une densité de puissance extrême. Dans ce contexte, les condensateurs à
double couche, que l’on appelle aussi supercondensateurs, sont imbattables compa¬rés aux batteries électrochimiques. Leur densité de puissance spécifique est d’environ 15 kilowatts par kilogramme. Une batterie nickel/ hydrures métalli¬ques affiche environ 1,3 kW/kg. Sur ce point, les super¬condensateurs dépassent donc les batteries de plus d’un facteur de dix.
Dans l’application automobile, ce rapport reste maintenu : si les super¬condensateurs atteignent plus de 5 kW/kg, les batteries sont limitées à moins de 0,5 kW/kg. A poids, à tension et à puissance débitée identiques, le rendement des condensateurs à double couche s’élève ainsi à 98 pour cent, contre 84 pour cent pour les batteries NiMH.
Plein les bas de caisse : des supercondensateurs rouge cuivre.
Sur le BMW Concept X3 EfficientDynamics, les supercondensateurs ne passent pas inaperçus : des tubes luisant d’un rouge cuivre sont intégrés
dans les bas de caisse transparents. Cet emplacement est idéal en termes
tant de dynamisme du véhicule sous effort latéral et autour de l’axe vertical que d’en¬combrement. Avec la transmission active, ils constituent les éléments
clés du concept-car. En effet, les supercondensateurs peuvent absorber un maximum d’énergie électrique sans pertes notables en quelques fractions de seconde et la restituer aussi vite. Jusqu’ici, c’est surtout dans les installations éoliennes qu’on a fait appel à ces accumulateurs d’énergie exempts d’entretien d’une durée de vie illimitée. Les supercondensateurs mis en œuvre sur le démons¬trateur X3 ont un diamètre d’environ 50 millimètres
et une capacité globale de 190 kW.
Résistance interne minimale : passage sans perte entre charge
et décharge.
Le seul inconvénient des condensateurs par rapport aux batteries
électro¬chimiques réside dans leur densité d’énergie sensiblement moins élevée. Il s’agit cependant d’un inconvénient théorique, parce que, en vue
de la durée de vie, la densité d’énergie des batteries électrochimiques n’est
en règle générale exploitée que pour une toute petite partie. Sur ce point,
les batteries NiMH opposent environ 5 wattheures par kilogramme (Wh/kg) à environ 4 Wh/kg pour les supercondensateurs. Autre raison : les batteries présentent une résistance interne élevée qui augmente fortement au fur et à mesure que la batterie se décharge. Or, une résistance interne élevée est équivalente à des pertes d’énergie élevées lors du rechargement ; une bonne partie de l’énergie récupérée au freinage est ainsi perdue et le rechargement se pro¬longe. En revanche, la résistance interne des supercondensateurs tend vers zéro, indépendamment de leur état de charge. Dans la pratique,
cela signifie que le cycle de charge/décharge peut être répété autant de fois que néces¬saire et à des intervalles extrêmement rapprochés. Les super¬condensateurs réunissent ainsi des conditions optimales par exemple lorsque la voiture est prise dans la circulation en accordéon décrite plus haut.
La capacité globale des supercondensateurs, soit 190 kW, suffit aussi pour l’utilisation sur une voiture soumise à un régime très dynamique. Toutefois,
le conducteur peut aussi faire fonctionner son véhicule en mode tout électrique, pour faire des créneaux ou pour le manœuvrer par exemple.
Les superconden¬sateurs fournissent assez d’énergie dans ces situations.
Voitures hybrides BMW : 15 ans de recherche et de développement.
Le BMW Group étudie la formule hybride depuis le début des années 90 déjà. Il a surtout fait avancer le développement d’un moteur électrique en forme
de disque se prêtant à l’application automobile, tel qu’on le trouve aujourd’hui sur le concept-car. Dès 1991, BMW a déposé un brevet relatif à une «transmission électrique». Différents prototypes ont été construits, mais le poids élevé des batteries et composants électriques du système n’ont
pas permis de répondre aux exigences ambitieuses que BMW formule face
à des concepts automo¬biles commercialisables.
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