Le système d’admission d’air fournit au moteur l’air de combustion nécessaire à son fonctionnement. Il garantit une bonne puissance et de faibles émissions de gaz d’échappement. Le système d’admission d’air dirige l’air nécessaire à la combustion dans le moteur et régule le flux d’air. En outre, le système fournit certaines valeurs de mesure pour la commande du moteur.

Composants du Système d'Admission d'Air

Le système d’admission d’air du moteur à combustion se compose de différents éléments. Les différents composants du système d’admission purifient l’air aspiré et l’acheminent vers le moteur à combustion.

Filtre à Air

Le filtre à air filtre l’air aspiré par le moteur. C’est important, car les particules de saleté aspirées pourraient sinon rapidement endommager l’intérieur du moteur. Le filtre lui-même est composé de papier à pores fins, de mousse ou d’un non-tissé filtrant approprié. Les véhicules modernes sont souvent équipés d’un caisson de filtre à air. Il s’agit d’une boîte fermée en plastique qui contient le filtre à air. Le boîtier du filtre à air dispose d’une entrée pour l’air extérieur aspiré et d’une sortie par laquelle l’air épuré s’écoule.

Débitmètre d'Air

Le débitmètre d’air ou capteur de masse d’air mesure la masse de l’air entrant dans le système d’admission. Les données recueillies sont transmises au système de gestion du moteur. Les débitmètres d’air modernes mesurent également la pression et la température de l’air. Les voitures les plus anciennes sont équipées d’un débitmètre d’air au lieu d’un débitmètre d’air massique. Il s’agit d’un composant compact avec un clapet d’air pivotant à l’intérieur. L’angle du clapet varie en fonction du débit d’air.

Papillon des Gaz

Le papillon des gaz détermine la quantité d’air qui entre dans le moteur. Pour ce faire, le composant dispose d’un clapet rotatif à l’intérieur qui permet d’étrangler le flux d’air. Dans les moteurs à essence, le papillon des gaz se trouve dans le carburateur ou dans un boîtier séparé devant le pont d’admission.

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Tuyau d'Air Brut

Le tuyau d’air brut aspire l’air non filtré et l’achemine vers le filtre à air ou le boîtier de filtre à air. Sur les véhicules modernes, le tuyau d’air brut est souvent intégré à l’avant du véhicule, par exemple derrière la calandre. Le tuyau d’air permet ainsi d’aspirer librement de l’air plus frais à l’extérieur du compartiment moteur et de l’acheminer vers le système d’air.

Refroidisseur d'Air de Suralimentation

Un refroidisseur d’air de suralimentation se trouve dans le système d’admission de nombreux véhicules à moteur turbo. Ici, le refroidisseur assure le refroidissement du flux d’air avant qu’il n’entre dans le moteur. Le composant est positionné dans le système d’admission d’air derrière le turbocompresseur et devant le papillon des gaz.

Tuyau Turbo

Le tuyau turbo ou tuyau d’air de suralimentation turbo relie les différents composants en amont ou en aval du turbocompresseur. En tant que partie du système d’air, il amène au turbocompresseur, selon sa position, de l’air frais en provenance du filtre à air. Derrière le turbo, un tuyau turbo achemine l’air comprimé.

Maintenance et Remplacement des Composants

Le bon fonctionnement de tous les composants du système d’admission d’air est important pour que le moteur à combustion de la voiture puisse fonctionner comme prévu. Si un composant du système d’admission d’air est défectueux, il doit être remplacé rapidement par une pièce de rechange appropriée. Les pièces de rechange pour le système d’admission d’air des moteurs sont facilement disponibles d’occasion et en bon état. Le filtre à air du véhicule s’encrasse au fur et à mesure du kilométrage et doit être remplacé à intervalles réguliers. De plus, le filtre est soumis à un vieillissement naturel en fonction du matériau utilisé.

Remplacement du Filtre à Air

  1. Ouvrir le boîtier du filtre à air : Pour démonter le filtre à air, il faut soulever le capot du moteur afin d’avoir accès au boîtier du filtre à air. Pour pouvoir retirer l’ancien filtre à air, il faut ouvrir le boîtier.
  2. Retirer le filtre à air : après avoir ouvert le boîtier du filtre à air, il est facile de retirer le filtre à air à la main. Il faut ensuite vérifier que le matériau du filtre n’est pas encrassé.
  3. Mettre en place le nouveau filtre : Le nouveau filtre à air est placé à la place de l’ancien dans le boîtier du filtre à air. Auparavant, il faut vérifier que le caisson et l’alimentation ne sont pas encrassés.

Nettoyage du Papillon des Gaz

Un bon fonctionnement du papillon des gaz est important pour que le moteur fonctionne de manière optimale et fiable. Mais il arrive souvent que le clapet s’encrasse avec le temps, ce qui se produit surtout dans les moteurs avec recyclage des gaz d’échappement.

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  1. Démonter le papillon des gaz : Le meilleur moyen de nettoyer le papillon des gaz est de le démonter au préalable. Pour cela, il faut retirer les connecteurs du corps du papillon et desserrer les raccords à vis.
  2. Nettoyage du composant : Le papillon des gaz est souvent encrassé par des particules tenaces. Pour nettoyer le papillon, il est possible d’utiliser un nettoyant spécial pour papillon.
  3. Montage du papillon des gaz : après le nettoyage, le papillon des gaz est remonté et raccordé dans l’ordre inverse.

Remplacement du Refroidisseur d'Air de Suralimentation

Le refroidisseur d’air de suralimentation assure le refroidissement de l’air de combustion derrière le turbocompresseur. Souvent, le refroidisseur lui-même est refroidi par l’air et est monté à cet effet à l’avant du véhicule.

  1. Démontage du refroidisseur d’air de suralimentation : pour pouvoir démonter le refroidisseur d’air de suralimentation défectueux, il faut, selon le modèle de véhicule, démonter le revêtement du soubassement ou le pare-chocs et la grille de radiateur.
  2. Contrôler le refroidisseur d’air de suralimentation : Après le démontage du refroidisseur d’air de suralimentation, il faut vérifier visuellement s’il est endommagé. Souvent, les dommages sont facilement reconnaissables et une réparation est exclue.
  3. Installer le refroidisseur d’air : Avant de monter la pièce de rechange, il faut la comparer à l’ancien refroidisseur d’air de suralimentation. Si les dimensions et la conception sont correctes, le radiateur de remplacement est monté dans l’ordre inverse.

Le Moteur Thermique a-t-il Encore un Avenir ?

Une bonne question à laquelle nous essayons régulièrement de répondre dans nos colonnes, mais sans grand succès. C'est aussi le cas de certains constructeurs, qui ne savent plus forcément sur quel pied danser avec le va-et-vient incessant des normes. Si certains groupes comme Stellantis ou encore Volkswagen semblent avoir fait une croix sur le thermique, du moins en Europe, de son côté, Toyota y voit encore un intérêt. Preuve en est, la firme japonaise a présenté un nouveau système inédit de purification de l'air d'admission.

Assainir l’Air en Conduisant

Le nouveau système d'épuration des gaz d'échappement a été installé par Toyota, pour la première fois, sur un moteur thermique à hydrogène que les ingénieurs testent actuellement dans une GR Corolla de course. Le système de filtrage, développé par la division sportive de l'entreprise, à savoir l'équipe Gazoo Racing, fonctionne en capturant le dioxyde de carbone déjà présent dans l'air, qui est ensuite libéré dans un fluide en utilisant la chaleur du moteur lui-même, sans nécessiter d'énergie supplémentaire.

Pour rentrer un peu plus dans les détails, le système est composé de deux filtres. Le premier est monté à l’entrée du filtre à air et est capable de collecter environ 60 litres d’air extérieur par seconde. Le second est situé dans la partie avant du compartiment moteur, le long du "chemin" qu'emprunte l'huile moteur lorsqu'elle circule pour lubrifier le moteur. Enfin, il y a aussi la présence d'un catalyseur en céramique développé par Kawasaki Heavy Industries, similaire à celui utilisé pour les pots d'échappement traditionnels, pour séparer les particules les unes des autres.

Même s'il s'agit d'une technologie apparemment simple, sur le papier en tout cas, Toyota a précisé qu'il faudra un certain temps avant que cette fonctionnalité n'arrive dans les prochaines voitures hybrides de série. L'un des principaux problèmes, par exemple, résiderait précisément dans le catalyseur installé, qui serait encore trop petit pour collecter suffisamment de dioxyde de carbone pour compenser les émissions d'un moteur à essence traditionnel.

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En attendant, Toyota continue de travailler sur des modèles électriques et prévoit d'introduire une dizaine de modèles dans sa gamme d'ici la fin de la décennie. Dans le même temps, de nouvelles batteries « High Performance » feront leur apparition entre 2027 et 2028, avec une autonomie accrue de 10 % et des coûts de production réduits de 10 %. Ces batteries pourraient garantir des autonomies comprises entre 1 100 à 1 200 km.

Toyota travaille aussi sur de batteries solides avec une autonomie qui pourrait grimper à 1 500 km avec une seule charge.

Le Concept Toyota Ku : Une Voiture à Air Comprimé

En 2011, Toyota a présenté au monde automobile un concept novateur et écologique : une voiture propulsée uniquement par de l’air comprimé. Nommée « Ku », cette voiture était censée marquer une révolution dans l’industrie automobile en éliminant le besoin de carburants fossiles et d’électricité.

La « Ku » a été développée par une équipe d’ingénieurs de Toyota appelés « Yume no Kuruma Kobo », ou « l’Atelier des voitures de rêve ». Ce prototype à trois roues, conçu pour être extrêmement aérodynamique et respectueux de l’environnement, a atteint une vitesse impressionnante de 129,2 km/h lors d’un test sur piste en septembre 2011.

Malgré ses performances, la « Ku » n’a jamais dépassé le stade de prototype. Son autonomie limitée à seulement 3,2 kilomètres et la nécessité d’un compresseur pour recharger le réservoir en air comprimé ont considérablement réduit son attrait pour une production de masse. La faible densité énergétique de l’air comprimé constituait un autre frein majeur au développement de la « Ku ».

Néanmoins, la technologie de l’air comprimé n’a pas complètement disparu. Toyota et d’autres chercheurs explorent maintenant son intégration dans des systèmes hybrides, permettant de capter et de stocker l’énergie générée lors du freinage. En Suède, une équipe de chercheurs a amélioré l’efficacité énergétique d’un moteur hybride de 60% en intégrant un système à air comprimé.

Alors que la « Ku » reste une curiosité historique, elle rappelle que les innovations avant-gardistes peuvent ouvrir des voies inattendues.

Ku:Rin : Un Prototype de Monoplace à Air Comprimé

La Ku:Rin était un monoplace à trois cylindres de 3,5 m de long et de 0,8 m de large, développé par une équipe d’ingénieurs de Toyota appelée « Yume no Kuruma Kobo ». Elle était équipée d’un réservoir stockant de l’air comprimé et fonctionnait comme une machine à vapeur. En effet, elle utilisait la force motrice de l’air sous pression pour actionner les pistons du véhicule et le propulser. Durant un test effectué au mois de septembre 2011, cette voiture révolutionnaire a réussi à atteindre une vitesse de 129,2 km/h.

Si Toyota n’a jamais pu passer à l’étape de la production à grande échelle et à celle de la commercialisation, c’était en grande partie dû à l’autonomie de la Ku:Rin. En effet, cette dernière devait être rechargée en air comprimé (à l’aide d’un compresseur) tous les 3,2 km et ne pouvait être utilisée que pour réaliser de courts trajets, de manière occasionnelle. Outre l’autonomie, la densité énergétique de l’air comprimé est trop faible par rapport à celle des accumulateurs et des carburants traditionnels. Ce qui représentait un obstacle à l’utilisation de cette technologie dans des voitures homologuées.

Bien que la Ku:Rin n’ait jamais dépassé le stade de prototype, son moteur à air comprimé suscite encore actuellement l’intérêt de nombreux ingénieurs. Des chercheurs de Toyota ont eu l’idée d’intégrer cette technologie dans des moteurs hybrides. Grâce à cette combinaison, il est possible de récupérer l’énergie générée par le freinage, de la stocker et de réaliser d’importantes économies de carburant, sans recourir à des batteries à la fois coûteuses et volumineuses. D’autre part, des scientifiques suédois sont parvenus à améliorer l’efficacité d’un moteur hybride de 60 % en l’utilisant conjointement avec un système à air comprimé.

À noter que la force motrice de l’air peut constituer une excellente solution pour réduire significativement la consommation de carburant des voitures équipées de moteur à combustion interne et, par conséquent, les émissions de gaz à effet de serre.

Le Système Hybride HSD de Toyota

Bien connu de tous, l'hybridation HSD de Toyota a une notoriété qu'on peut qualifier de magistrale. Le dispositif de la marque japonaise (collaboration Aisin) est à la fois réputé pour son efficience mais aussi sa très bonne fiabilité. Nous allons donc essayer de comprendre la manière dont fonctionne le dispositif hybride de Toyota, le fameux HSD e-CVT série / parallèle. Ce dernier permet de rouler en 100% électrique ou en combinant électrique et thermique.

Sachez désormais que les transmissions HSD sont fabriquées par Aisin (AWFHT15) qui est possédé à 30% par Toyota, et que ce sont eux qui fournissent les transmissions hybrides et non hybrides au groupe PSA quand il s'agit des boîtes EAT ou e-AT8 (hybrid2 et Hybrid4). Nous en sommes aujourd'hui à la quatrième génération au niveau de son évolution technique.

Si vous souhaitez savoir de manière globale comment fonctionne le HSD, voici une explication qui synthétise le tout.

  • ICE (Internal Combustion Engine) est le moteur thermique : toute l'énergie vient de lui et il est donc à la base de tout.
  • MG1 sert de générateur électrique (animé par le moteur thermique) mais aussi de variateur de démultiplication. Il lie ICE à MG2 via le train planétaires (épicycloïdal).
  • Train épicycloïdal : il lie ensemble MG1, MG2, ICE et les roues (cela n'empêche que certains éléments peuvent rester fixes pendant que d'autres tournent, à vous d'étudier et comprendre comment s'anime un train épicycloïdal).

Les ingénieurs ont réussi à simuler (en partie ..) des rapports en jouant sur la manière dont MG1 va freiner ou reculer, de manière non progressive, pour induire des rapports plus tranchés. La démultiplication est générée par MG1 qui va lier d'une manière plus ou moins solidaire et plus ou moins "glissée" ICE et MG2 (MG2 = moteur électrique de traction mais aussi et surtout les roues). Notez cependant que les passages de rapports ne se sentent qu'à charge partielle ...

Au delà des différentes générations, le système THS / HSD / MSHS distribué sur les Toyota et Lexus a deux grandes déclinaisons. La première, et la plus répandue, est la version transversale qui est aujourd'hui incarnée par la Aisin AWFHT15 (appelé au début des années 90 THS pour Toyota Hybrid System. C'est désormais HSD pour Hybrid Synergy Drive).

Vient ensuite le MSHS pour Multi Stage Hybrid System (dont je ne devrais pas vraiment parler ici en réalité ... Mais comme ça fonctionne de manière identique, que ça provient aussi d'Aisin et que c'est pour le groupe Toyota ...), c'est un dispositif bien plus gros à positionner en position longitudinale, et qui peut cette fois générer de vrais rapports qui sont au nombre de 10 (4 vrais rapports dans la boîte et la combinaison des moteurs électriques d'une manière futée qui permet d'arriver à 10.

Si on devait le résumer grossièrement, on pourrait parler d'un moteur thermique qui travaille avec deux moteurs / générateurs (un moteur électrique est toujours réversible) et dont les différents couples (de chaque moteur) sont jugulés et gérés par un train épicycloïdal central mais aussi l'intensité électrique (et le sens de l'électricité) géré par le répartiteur de puissance ("inverter" en anglais). Bref, même en voulant simplifier on se rend compte que ça ne va pas être si facile à assimiler, nous allons donc rester sur les grands principes.

Voyons les différents modes de fonctionnement du dispositif, et au passage pourquoi il est considéré comme série / parallèle, alors que normalement un système hybride est soit l'un soit l'autre. Le schéma est inversé par rapport à la photo du haut car pas pris du même angle ... MG1 est connecté au moteur via les planétaires (verts) du train épicycloïdal. C'est à dire que pour tourner le rotor de MG1 (partie centrale), le moteur thermique passe par le biais du train épicycloïdal. J'ai mis de la même couleur ce train et le moteur pour qu'on voit bien leur connexion physique.

La difficulté consiste à comprendre le fonctionnement du train épicycloïdal sachant que les mouvements internes ne sont pas les mêmes selon les modes de conduite mais aussi selon la vitesse ... Contrairement à toutes les autres transmissions, le HSD n'a besoin ni d'embrayage ni de convertisseur de couple (une CVT a besoin d'un convertisseur pas exemple). C'est ici la force électromagnétique qui lie les roues au moteur via le train épicycloïdal grâce à MG1. Même mieux, pendant la friction (différence de vitesse entre stator et rotor, donc entre le moteur et les roues) alors il y a production d'électricité. Voilà pourquoi le système HSD est considéré comme très intelligent, c'est parce qu'il fait en sorte de perdre un minimum d'énergie en récupérant de l'énergie au moment de la friction.

Le pignon solaire (appelé aussi pignon fou) bleu est libre, il sépare donc les roues du moteur (donc les pignons verts satellites de la couronne). En faisant tourner le rotor dans le stator on génère une friction qui va induire un couple, et ce couple est transmis au pignon solaire qui se bloque et va même finir par tourner dans l'autre sens. Conséquence, le lien est fait entre l'arbre moteur en centre et la couronne en périphérie (couronne = roues). Notez que le dispositif sert aussi de stop and start : quand on veut démarrer il suffit de bloquer le pignon solaire un petit coup pour que le moteur thermique ICE reçoive le couple de MG2 relié à la couronne (ça le démarre alors comme le fait un démarreur classique).

Le dispositif est appelé série / parallèle car il est nommé "série" quand on est en mode 100% électrique. On a donc un fonctionnement semblable à une BMW i3, le moteur thermique est un générateur de courant qui alimente une batterie qui elle-même va faire mouvoir l'auto. Il est aussi appelé parallèle quand le moteur vient se connecter aux roues via le dispositif épicycloïdal.

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