Le principe du véhicule hybride ne date pas d'hier. En 1894, l’inventeur Illinois Paul Pouchain conçoit une voiture avec un moteur à essence sous le capot mais également les premiers moteurs électriques ! Leurs conceptions sont les prémices du véhicule hybride. En 1952, la première voiture hybride, nommée Vélo Gonnet, verra le jour grâce à Auguste Gonnet : le fonctionnement de cette dernière se base sur un moteur à essence, doté de deux cylindres à l’avant du véhicule et d’un moteur électrique disposé à l’arrière du véhicule. L’autre particularité du véhicule, c’était la présence de deux tableaux de bord, un à l’avant et l’autre, à l’arrière du conducteur.
Tous ces projets novateurs autour du thème de l’hybridation du véhicule est source d’inspiration pour le groupe Toyota. Ils permettront plus de 80 ans plus tard, la mise sur le marché, et de manière démocratisée, de la Toyota Prius en 1997 au Japon. La Prius, c’est le début de toute une histoire pour le véhicule hybride. C’est avec la troisième version de la Prius, le modèle dit NHW20, que le groupe Toyota recevra le titre européen de voiture de l’année en 2005.
Le fonctionnement de l’hybride Toyota sera l’opportunité de lier deux systèmes de motorisation développant plusieurs avantages et notamment la réduction des émissions de CO2 mais également d’autres polluants. Le principe du véhicule hybride est la combinaison de deux types d’énergie différentes pour se déplacer : le système de cycle mixte. Le premier type d’énergie utilisée est de nature électrique, soit électrochimique soit électrostatique. Le plus courant, au niveau de l’architecture de la motorisation de ce type de véhicule à fonctionnement hybride, c’est l’association binaire d’un moteur électrique à un moteur thermique, qui lui, sera généralement un carburant : l’essence.
La Technologie Full Hybride
Lorsqu’un véhicule est construit sur une base technologique full hybride, il adopte un fonctionnement qui diffère des véhicules dits « classiques ». Par exemple, on retrouve la voiture Toyota C-HR hybride qui est le premier crossover hybride compact de la gamme Toyota. En fait, lorsque ce type de véhicule full hybride s’arrête, et devient immobile, les deux moteurs s’arrêtent aussi. Le full hybride, c’est aussi la sollicitation des deux moteurs, électriques et thermiques, mais à une période différente lors de l’utilisation du véhicule.
Conduire un véhicule full hybride de chez Toyota, c’est solliciter uniquement le moteur électrique si la vitesse maximum ne dépasse pas les 70 et 130 km/h, selon le modèle choisi ainsi que le niveau de charge de la batterie, propre aux accumulateurs. S’il y a un dépassement de ces seuils respectifs de vitesse maximum ou bien une accélération plus intense ou encore lorsque le véhicule se retrouve sur une pente, le moteur thermique va démarrer pour fournir le supplément de puissance requis : il va alors soit réduire l’alimentation du moteur électrique ou alors même, l’arrêter totalement.
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En revanche, si le véhicule est en basse vitesse ou bien en décélération ou encore en descente, le freinage dit régénératif dans ce véhicule full hybride va permettre au moteur, générateur électrique, de convertir une partie de l’énergie cinétique produite en une énergie électrique : ce système va donc recharger la batterie. Ce rôle de frein moteur peut être accentué lorsqu’il y a un mouvement de force sur le moteur thermique, il permet de tourner sans quelconque injection de carburant et soulage au passage, les freins à friction. Ce dernier peut aussi être arrêté afin de réduire la consommation mais aussi les émissions.
L’HSD (Hybrid Synergy Drive)
Dans un véhicule hybride, doté de la technologie HSD, la signature de Toyota, vous retrouverez un fonctionnement ternaire au niveau des moteurs composant le véhicule concerné. C’est le cas sur le modèle Toyota Yaris Hybride HSD. C’est une citadine qui présente de multiples promesses au niveau de sa consommation et de sa puissance grâce à la démocratisation de l’hybride. Le fonctionnement du moteur est performant et relativement simple.
Dans un premier temps, il y a le moteur essence. Il constitue l’ossature principale de la puissance et y apporte donc la plus grande partie. Ensuite, il y a le premier moteur électrique qui a pour fonction principale de recharger la batterie du véhicule hybride. Puis, il y a le second moteur électrique dont le fonctionnement permet une circulation uniquement électrique ou, en support du bloc dit thermique.
La motorisation HSD repose alors sur un moteur thermique et deux moteurs électriques, dits aussi générateurs, qui sont reliés mécaniquement entre eux mais aussi aux roues : c’est grâce à cette liaison à un ou deux trains épicycloïdaux qu’il y a échange entre la puissance et le couple avec les roues. De par son architecture particulière lors du montage, L’Hybrid Synergy Drive est souvent qualifiée d’une série-parallèle ou, Full-Hybrid : cela se base sur la capacité de traction purement électrique et dont les vitesses sont relativement élevées.
Le comportement de la motorisation sous technologie HSD rejoint celui d’un variateur de vitesse : accommodation permanente de la vitesse des moteurs électriques à la situation de conduite ou encore liaison au moteur thermique par lesdits trains épicycloïdaux. Ainsi le système HSD de Toyota, Hybrid Synergy Drive, est un système plus fluide, possible grâce à la parfaite liaison entre l’électrique et le thermique.
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Parmi notre gamme de véhicules Full Hybrid, la Toyota Auris hybride se démarque par sa consommation très intéressante et son silence en mode électrique.
Fonctionnalité Double des Moteurs Électriques
Les moteurs électriques ont une double fonctionnalité : ils peuvent servir pour fournir de la puissance, lorsqu’ils sont alimentés en électricité, mais ils servent aussi de générateurs. Par exemple, nous pouvons retrouver ce moteur électrique sur un modèle hybride chez Toyota : le RAV4. Il présente une conduite exceptionnelle et hors du commun. Avec ce modèle, vous conduirez aisément puisqu’il est doté d’une puissance électrique remarquable.
Différences entre Hybride et Hybride Rechargeable
Les véhicules hybrides peuvent avoir un fonctionnement différent : l’hybridation classique, dite full hybride ou encore, l’hybridation rechargeable, nommée plug-in hybrid.
L’hybridation classique (ou full hybrid)
Un fonctionnement d’hybridation complète, comme la Toyota Corolla hybride, est défini par différentes sollicitations des moteurs lorsque le véhicule circule : ce dernier peut reposer sur l’entraînement de chaque moteur séparément ou, les deux ensembles. Mais une telle prouesse nécessite une puissance électrique dépassant 20 Kw3.
Le pourcentage requis pour l’utilisation d’un moteur électrique dépend de la capacité de la batterie, qui se charge lorsque le véhicule roule ou lors des ralentissements : cela se passe par phase de dérivation de puissance du moteur thermique et par phase de récupération de l’énergie cinétique provenant du moteur électrique.
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L’hybride rechargeable (ou plug-in hybrid)
Un véhicule sous un fonctionnement d’hybridation rechargeable peut recharger sa batterie grâce au réseau électrique : cela permet, lors des petits trajets effectués, d’utiliser le mode électrique totalement. La configuration associée à cette hybridation peut être en mode série ou parallèle. Comme pour le cas du véhicule Prius hybride de chez Toyota Bernier Les Ulis, ce système permet au conducteur de rouler jusqu’à 60 km par jour sans utiliser d’essence : il suffit simplement de recharger les batteries la nuit. Le moteur thermique sera seulement mis en marche au-dessus d’une certaine vitesse.
Le Moteur Hybride en Détail
Les moteurs hybrides ont pris une place importante ces dernières années dans le monde automobile. Pour autant, il n’est pas encore évident de toujours bien distinguer les différents moteurs hybrides et leur fonctionnement. Le Full Hybride, aussi appelé simplement moteur hybride ou hybride non rechargeable, est né à la fin des années 90. C’est Toyota, avec la Prius, qui fut le premier à se lancer sur ce marché du moteur hybride.
Sur une hybride classique, la voiture est avant tout un modèle thermique. Elle fonctionne donc principalement avec de l’essence ou du gazole, en fonction de la motorisation. La présence du moteur électrique, et de la batterie qui va avec, sert à épauler le moteur à essence. Il s’allume donc sur les vitesses très basses et sur les accélérations commençant à petite vitesse. L’idée est de seconder le moteur thermique là où il consomme le plus et émet le plus d’émissions polluantes dans l’atmosphère.
Pour charger la batterie, c’est assez simple puisqu’il n’y a rien à faire. La voiture récupère automatiquement l’énergie du freinage pour remplir la batterie, et restitue aussitôt cette énergie avec l’accélération qui suit le freinage. Il n’y a donc presque pas de stockage d’électricité.
Le moteur hybride rechargeable est, comme son nom l’indique, rechargeable. La voiture est toujours une voiture thermique avec un moteur essence, parfois diesel. Il y a donc aussi un moteur électrique mais ce dernier est alimenté par une batterie bien supérieure en capacité que celle d’une voiture hybride. De cette façon, la voiture peut rouler, à allure de ville, sur environ 40 km tout en restant en mode électrique. C’est une différence fondamentale avec une hybride non rechargeable.
La batterie se recharge en branchant la voiture sur une prise électrique exactement comme une voiture 100 % électrique. Le temps de charge est basé principalement sur la puissance de la borne, sachant qu’une prise secteur standard peut aussi recharger la voiture (mais lentement). L’hybride rechargeable prend donc tout son sens si on se sert de la voiture pour réaliser de courts trajets. Il n’est par contre plus nécessaire de se contenter seulement de la ville pour que l’hybridation ait son intérêt puisque la voiture peut rouler en 100 % électrique. Néanmoins, plus vous roulez vite, plus vous consommerez de l’électricité, comme la vitesse vous fait consommer du carburant aussi avec un véhicule thermique.
Fonctionnement Global d'un Véhicule Hybride
Un véhicule « hybride » combine un moteur à combustion interne (on dit aussi moteur à explosion ou moteur thermique) et un moteur électrique. Lancée en 1997, la Toyota Prius est la pionnière des voitures hybrides modernes.
Le moteur thermique, relié aux roues motrices, assure l’essentiel de la locomotion en vitesse de croisière. Le moteur électrique, lui aussi relié aux roues, participe à la locomotion dans les vitesses basses. Le système de batteries emmagasine l’électricité produite et la redistribue au moteur électrique et aux équipements de la voiture (éclairage, vitres, tableau de bord, etc).
L’ordinateur est l’« arbitre ». Il sait d’où vient l’énergie (thermique et électrique), en quelles quantités respectives et où elle doit être distribuée à tout moment. Plusieurs milliers de fois par seconde, il analyse ce que le conducteur demande et ce qui est disponible comme énergie. Je démarre puis je roule à moins de 40 km/h, par exemple en ville : si j’ai assez d’électricité dans la batterie pour assurer ce déplacement avec le moteur électrique, l’ordinateur éteint le moteur thermique. Le rendement de ce dernier est faible dans les vitesses basses et lors des accélérations et il consomme donc beaucoup.
Je m’arrête : les moteurs s’éteignent pour économiser le carburant, les systèmes électriques du véhicule fonctionnent sur la batterie. Les voitures hybrides de nouvelle génération ne se préoccupent pas uniquement de la motorisation. Elle améliore le rendement du moteur thermique, donc économise le carburant, et elle réduit les émissions de CO2. Le niveau d’économie de carburant n’est pas facile à évaluer : il dépend de la qualité de la conduite de l’utilisateur (ce qu’on appelle l’éco-conduite).
L'Hybride Rechargeable en Détail
Comme son nom l’indique, le véhicule hybride rechargeable peut recharger sa batterie en la branchant sur le secteur, ce que ne fait jamais une hybride classique. Les batteries sont plus volumineuses, plus lourdes et peuvent stocker une plus grande quantité d’électricité. Elles peuvent assurer une propulsion « tout électrique » sur au moins 30 ou 40 km. Dans l’hybride classique, la propulsion « tout électrique », sans recours au moteur thermique, n’est possible que sur 3 ou 4 km. Dans l’hybride classique, le moteur électrique est là pour « soulager » le moteur à essence.
La Toyota Prius : Un Exemple Concret
La nouvelle Toyota Prius est dotée de deux moteurs. Un moteur thermique à essence traditionnel 1,8 litre VVT-i à cycle Atkinson de 98 chevaux et un moteur électrique synchrone de 81 chevaux. La Prius utilise la technologie hybride série/parallèle. La voiture hybride Toyota peut fonctionner en mode électrique seul, en mode thermique seul ou en combinant le moteur thermique à essence et le moteur électrique.
Une batterie nickel-métal hydrure de 202 V équipe la Toyota Prius. Le système hybride Toyota est géré par une électronique de puissance composée d'un convertisseur-survolteur, d'un inverseur et d'un convertisseur CC/CC. Au démarrage, l'entraînement des roues se fait uniquement par le moteur électrique. Le moteur électrique de la Prius peut entraîner la voiture jusqu'à 50 km/h. Lors des fortes accélérations, la voiture utilise les deux moteurs thermique et électrique. En conduite normale, seul le moteur thermique est mis à contribution dans la plupart des situations. La batterie du moteur électrique se recharge lors des décélérations et lors des freinages.
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