Les solutions de Bosch pour consommer moins

Après la Bosch Car automatisée et la voiture connectée avec l'horizon électronique, nous poursuivons notre tour d'horizon des solutions étudiées par le premier équipementier mondial pour la voiture du futur. Ce volet sera consacré aux solutions pour réduire la consommation et les émissions de CO2 car, même si l'électrification monte en puissance progressivement, les moteurs de demain seront essentiellement essence et diesel. Et ils consommeront 20 % de moins. Afin d’atteindre les 95 g de CO2 par km d’ici la fin de la décennie, Bosch propose aux constructeurs des solutions adaptées.

En ce qui concerne les petits véhicules, essence comme diesel, le recours à l'électrification ne sera même pas nécessaire. Les meilleurs élèves atteignent déjà 81 g pour le diesel et 99 g pour l'essence. Avec un petit moteur et l'utilisation d'un turbo, on peut obtenir 7 à 8 % de gain en essence, plus 5 à 6 % en automatisant la boite manuelle (eClutch*), ce qui ouvre la voie à des modèles essence à moins de 85 g. Pour les modèles compacts, seul le diesel pourra passer le cap sans l'hybride. Cette solution sera en revanche inévitable pour les moteurs à essence. L'hybridation sera enfin un passage obligé pour les plus gros véhicules.

Au passage, Bosch est revenu sur la technologie Hybrir Air qu'il développe avec PSA. C’est une alternative low cost, avec des composants robustes, et permettant de réduire de 30 % (et même 45 % en ville) la consommation de carburant. Le système procure un effet boost avec la même efficacité qu’un système hybride, mais pour beaucoup moins cher. La solution est compatible avec l’essence ou le diesel et peut s’appliquer aussi bien sur des véhicules d’entrée de gamme que sur d’autres plateformes et même des utilitaires urbains.

Voyons à présent dans le détail les solutions.

Si l'on prend l'exemple du Stop Start, que Bosch a déjà écoulé à 10 millions d'exemplaires, rappelons que ce système de coupure automatique du moteur au feu rouge et dans les bouchons, abaisse la conso de 5 à 8 %. Et avec une continuité de la clim, de la radio ou du kit mains-libres par exemple. Un gain supplémentaire de 10 % est attendu d'ici 2016. Les ingénieurs de Bosch travaillent sur un allongement des temps de coupure pour le moteur thermique. Ainsi, le moteur se coupera en décélération, à l'approche d'un stop, et même en ligne droite quand le conducteur n'accélère pas (fonction roue libre). Et tout cela sans impact sur les équipements de confort et de sécurité. Selon Bosch, 70 % des véhicules neufs seront équipés de stop start d'ici 2017.

L'avenir passe aussi par l'hybride abordable. Bosch souhaite en fait proposer un Stop Start renforcé, qui a pour nom Boost Recuperation System (BRS).

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Le système fait appel à une machine électrique de 10 kW et une batterie de 0,25 kWh. Grâce à un réseau de bord de 48 volts, il suffit de 5 freinages pour recharger complètement la batterie lithium-ion. L'énergie ainsi accumulée est redistribuée pour alimenter certains équipements et procurer un effet boost pour assister le moteur au démarrage et à l'accélération.
Le couplage entre l'eClutch (qui découple le moteur et favorise le mode roue libre) et le BRS va réduire la consommation de 7 %.

Bosch estime que le full hybrid est indispensable pour les gros véhicules. C'est une solution qu'il propose déjà avec des moteurs électriques de 20 à 40 kW et des batteries lithium-ion d'une capacité de stockage comprise entre 0,8 et 1,5 kWh. La réduction de la consommation est de 15 à 25 %. Il collabore par exemple avec PSA sur l'Hybrid4. L'équipementier allemand travaille également sur le plug in, la solution qu'il considère comme la plus pertinente. Selon les cas, le moteur électrique a une puissance comprise entre 30 et 80 kW et la capacité de la batterie atteint 12 kWh (de quoi faire 60 km en mode électrique).

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Bosch a par exemple travaillé sur la Porsche Panamera S e-Hybrid, dont voici un album photo : http://s.joomeo.com/51bcd39c9b249

Demain, nous parlerons de la plateforme hybride modulaire.

*embrayage actionné électriquement. Il passe au point mort lorsque le conducteur n'accélère pas, ce qui réduit la consommation de 5 %.

La voiture à 2 litres au cent : les détails du programme de recherche

En clôture d’une conférence environnementale, le Premier Ministre Jean-Marc Ayrault avait fixé en septembre dernier un objectif ambitieux aux chercheurs et aux industriels : disposer dans dix ans de véhicules consommant 2 litres d'essence aux 100 km. Son souhait a été formalisé et porté au rang de projet d’intérêt collectif au sein de la PFA (Plateforme de la Filière Automobile » sous le nom « véhicule 2 L/100 km et connecté ».

Dès le mois de décembre, Renault et PSA se sont réunis pour lister les thèmes à explorer, en liaison avec le CRA (conseil de recherche automobile) au sein de la PFA. C'est ainsi qu'une feuille de route opérationnelle a même été dressée autour de briques technologiques fondamentales : l’hybridation des chaînes de traction, le rendement du groupe motopropulseur, l’amélioration du rendement du véhicule par l’allègement et la résistance au roulement des pneumatiques, ainsi que les systèmes d’aides à la conduite pour optimiser la consommation. Cette feuille de route - qui comprend 4 axes et 15 thèmes - réunit les deux constructeurs, les grands équipementiers, les acteurs innovants de la sous-traitance, le CEA et l’IFPEN.
Il est à noter que les PME peuvent s'associer aux projets de recherche. C'est d'ailleurs possible en ligne, directement sur le site de la SIA (Société des Ingénieurs de l'Automobile).
Lien : http://www.sia.fr/vehicule2l100.htm

Le premier axe de travail porte sur les moteurs. En à peine 5 ans, les véhicules commercialisés en Europe ont vu leur consommation baisser de 10 à 15 %. Un résultat qui s’explique par la réduction de la cylindrée (downsizing), la gestion thermique du moteur, la récupération d’énergie au freinage et la généralisation du Stop & Start. Il y a encore de la marge car, selon les experts, des améliorations de 40 à 50 % sont encore possibles. L'objectif des 2 L/100 km est un objectif ambitieux mais réalisable, selon l'IFPEN.

Mais, une telle progression ne pourra se faire qu’avec l’aide de composants électriques. Renault défend par exemple l'idée d'un hybride essence rechargeable "low cost". Sous le nom de code BAMOCO (BAtterie MOdulaire à COnvertisseur intelligent 400 v-12 v), l'idée est de réduire les coûts de développement par la conception d’un module batterie standard (type Lego) avec son électronique de commande et sa connectique. La marque au losange propose aussi de supprimer la batterie au plomb 12 V sur le véhicule électrique.

Il existe toutefois une autre alternative, avec le projet Hybrid Air de PSA (objectif 3 L/100 km dès 2016) s'appuyant par exemple sur l'air comprimé et un système hydraulique.

Le travail sur le moteur seul ne suffira pas. Pour atteindre l’objectif fixé par le chef du gouvernement, il va falloir aussi faire des efforts sur la masse des véhicules. L’IFPEN rappelle qu’une diminution de 100 kg permet une baisse des émissions de CO2 de 5 g par kilomètre. L'idéal serait de descendre à 800, voire 700 kg. C'est le poids par exemple de la Volkswagen XL1, le concept hybride diesel rechargeable qui ne consomme qu'1 litre aux cent. Le programme mise sur l'aluminium économique et les composites.

Au-delà de l’allègement, l’aérodynamique va jouer aussi un rôle pour la réduction de la consommation.

Enfin, le conducteur sera mis à contribution avec les outils incitant à l’éco-conduite. Au-delà des outils classiques, les experts misent sur les technologies de l’information pour optimiser la conso en fonction des données disponibles en ligne et permettant de rendre la conduite plus interactive (horizon électronique,information trafic en temps réel...). Le programme préconise la communication entre véhicules, de même que l'affichage tête haute et une navigation connectée, tenant compte par exemple des zones ZAPA.

Le plus difficile sera d’atteindre cet objectif, tout en préservant les fondamentaux d’un véhicule (ESP, ABS, régulateur de vitesse, direction assistée, climatisation…) et surtout un coût raisonnable. « Si nous la sortions tout de suite, cette voiture serait limitée aux personnes qui ont beaucoup d’argent, avait dit Rémi Bastien, le Directeur de la Recherche, des Études Avancées et des Matériaux de Renault, lors d'une conférence que j'animais pendant le Mondial de l’automobile. Or le progrès n’a de sens que s’il est largement diffusé ».

Conclusion : la voiture à 2 litres au cent est techniquement faisable. Mais, elle ne pas forcément abordable, ni très fun à conduire.

Retour sur la technologie Hybrid Air de PSA à Genève

A l’occasion du salon de Genève, j’ai rencontré Karim Mokkadem, le chef du projet Hybrid Air chez PSA. Cette technologie était présentée sur deux véhicules : le nouveau 2008 chez Peugeot et une C3 VTi 68 chez Citroën. On va s’arrêter quelques instants sur cette marque, car les ingénieurs avaient réfléchi dès 1958 au couplage entre l'hydraulique et l’air comprimé sur la 2 CV. Et tout ce qui avait consigné à cette époque a été scrupuleusement suivi par la direction de la recherche de PSA, plus de 50 ans plus tard. Ce qu’avait dit à l’époque Paul Magès, le créateur de la suspension hydropneumatique, prenant acte de l’absence d’un marché pour un tel procédé, c’est qu’il fallait améliorer les composants, soigner l’acoustique et améliorer le contrôle de ce type de technologie hybride.

Sur le premier point, PSA a d’abord tâtonné en récupérant des composants hydrauliques en provenance de l’aéronautique (et en particulier d’Airbus). Ce n’est qu’ensuite que le groupe français a décidé de se tourner vers Bosch, un industriel présent dans ce marché et qui connaît particulièrement bien l’automobile. Le hasard fait que Bosch avait testé de son côté l’hybride à air comprimé sur une… Citroën C4 ! Et diesel de surcroît… Aujourd’hui, les deux partenaires discutent de l’industrialisation de tous ces composants hydrauliques, qui doivent se conformer aux exigences en vigueur dans l’automobile.

En ce qui concerne le son, Karim Mokkadem est clair : l’Hybrid Air va faire du bruit. Rien à voir avec la transition tout en douceur de l’Hybrid4 entre le diesel et l’électrique, le conducteur pourra distinguer à l’oreille qu’il roule à l’air comprimé. Toutefois, PSA a déjà la parade. Le groupe, qui a un labo dédié à l’acoustique, entend personnaliser cette signature sonore. Un procédé qui n’existait pas à l’époque de la 2 CV.

Le troisième point concerne le contrôle. Le secret réside dans la gestion de la boîte de vitesses (la fameuse boîte à train épicycloïdal), dont PSA ne donne pas de détail. Ce qu’il faut retenir, c’est que la technologie Hybrid Air permet de recharger le réservoir d’azote en seulement 10 secondes (le temps d’une décélération). L’air comprimé permettra de propulser la voiture pendant une distance de 500 m au maximum. Et pour ceux qui se demandent encore pourquoi le groupe a choisi l’hydraulique avec air comprimé plutôt qu’une batterie, c’est aussi parce que le rendement est meilleur (entre 95 et 99 %).

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PSA, qui a essuyé autant de critiques très négatives pour ce concept que de commentaires enthousiastes, demande qu’on le juge dans sa globalité. Ainsi, le moteur essence 3 cylindres n’a absolument pas été modifié pour l’hybridation.

Autre information : une road map a été définie avec Bosch pour améliorer encore le système, que ce soit au niveau du poids et des performances. PSA aime citer l’exemple de Toyota avec la Prius, qui a réussi à miniaturiser sa chaîne de traction hybride au point de l’intégrer sur la Yaris.

Hybrid Air : la solution bas CO2 pour relancer PSA avec de l’air comprimé

En me rendant hier à Vélizy, au centre de recherche de PSA pour une journée sur le thème de l’innovation, je savais qu'on allait parler de l’hybride abordable, mais je m’attendais pas du tout à découvrir une technologie utilisant l'air comprimé. A la surprise générale, le groupe a en effet révélé une technologie sur laquelle il a réussi à réserver le secret pendant deux ans. Sous le nom de code Ghost, le projet avait été inscrit aux Investissements d’Avenir et mené dans la plus grande confidentialité. C’est donc en grande « pompe », en présence du PDG Philippe Varin et d’invités de prestige* que le patron de la recherche Guillaume Faury a dévoilé le concept Hybrid Air. Un concept intelligent et qui tombe à pic pour relancer le groupe.

Non, PSA n’a pas cédé aux sirènes de MDI et n’a pas repris le concept de Guy Nègre autour du moteur à air comprimé**. En revanche, les ingénieurs de PSA et de Bosch ont eu l’idée d’appliquer une technologie éprouvée et déjà en vigueur dans les engins de chantier : celle de la pompe hydraulique. Elle sert à comprimer et à détendre de l'azote stocké sous forme gazeuse à 250 bars de pression et en circuit fermé. La solution est venue se greffer autour d’un moteur 3 cylindres essence (le 1,2 L fabriqué à Trémery). Plutôt que de stocker dans une batterie l‘énergie récupérée au freinage et en décélération, celle-ci est dirigée vers les deux réservoirs de gaz. Ponctuellement, l’air comprimé est utilisé pour fournir alors de l’énergie pour faire tourner les roues.

La bombonne centrale peut stocker jusqu'à 150 kilojoules d'énergie, ce qui correspond à 35 ml d'essence. Pas de quoi aller très loin. Mais, PSA table sur la fréquence de la séquence compression/décompression. Le système se recharge en moins de 10 secondes.

Pour arriver à faire fonctionner de concert le moteur à essence, les composants hydrauliques et l’air comprimé, le groupe français a dû concevoir une nouvelle boîte de vitesses automatique à trains épicycloïdaux, fonctionnant comme une CVT.

C’est le pilotage de la boite qui permet de mettre en musique ce concept (baptisé Powersplit par Bosch) et d’orchestrer les trois modes de fonctionnement :
Air : c'est-à-dire en mode zéro émission, de façon presque imperceptible mais réelle (entre 60 et 80 % du temps en ville)
Essence : sur route et autoroute, sur des plages optimisées
Mode combiné : il fait travailler à la fois le moteur et l’air comprimé (cycle urbain et route).

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Grâce à cette solution, PSA arrive à réduire de 30 % la consommation sur le cycle normalisé et même de 45 % en ville. Appliquée sur un véhicule du segment B, du type C3 ou 208, elle fait chuter les émissions de CO2 à 69*** g par km. Soit une consommation de 2,9 L/100 km. Avec de telles valeurs, le groupe fait mieux que la Yaris hybride (79 g) et pour pratiquement moitié moins cher.
Deux voitures seront exposées (une Peugeot et une Citroën) au salon de Genève avec l'Hybrid Air.

Quelque 80 brevets ont été déposés autour de ce projet innovant. La technologie Hybrid Air va être développée avec l’aide de Bosch (fin connaisseur du monde de l’hydraulique en plus des composants automobiles) et de Faurecia, la filiale maison de PSA. Pas moins de 4 générations de prototypes ont déjà vu le jour et ont totalisé plus de 20 000 km (déjà un million en mode numérique).

Avec Hybrid Air, qui devrait apparaître sur le marché en 2016, PSA frappe un grand coup. Pour une fois, le constructeur français sort du diesel et propose à la fois une technologie robuste, qui ne nécessite pas d’infrastructure dédiée et qui peut s’exporter en dehors de l’Europe. Le groupe compte même sur elle pour attaquer les marchés émergents, et pourquoi pas l’Inde où Tata semble vouloir lancer l’air comprimé.

Voir le diaporama :



*Le Commissaire Général adjoint à l’Investissement (le commissaire est Louis Gallois, qui en tant que membre du conseil de surveillance de PSA, pouvait difficilement être là), le Président de l’Ademe et Bernd Bohr, qui est le patron de la division auto de Bosch.
**Contrairement à l’air comprimé de Guy Nègre, il n’y a pas de moteur dédié et la bouteille d’air ne doit pas être rechargée.
***L'un des prototypes a été homologué à 72 g à l'UTAC à Montlhéry.