29
Juin
2012
|
03:00
Europe/Amsterdam

Toyota prius+: optimisation du groupe full hybrid et nouvelle batterie au lithium

— Première Full Hybrid Toyota non rechargeable équipée d'une batterie à l'ion lithium

— Seul monospace à associer sept places et une motorisation Full Hybrid

— Batterie au lithium puissante et compacte dans la console centrale

— Meilleur rendement de la motorisation Hybrid Synergy Drive® (HSD)

— évolution du récupérateur de chaleur — refroidissement liquide (et non plus à air) pour le moteur électrique

— Rapport de pont plus court pour égaler l'accélération de la Prius III

La motorisation Full Hybrid de la Prius+ regroupe un moteur à essence 1,8 litre VVT-i, un puissant moteur électrique, un générateur, une batterie hautes performances à l'ion lithium, une électronique de puissance et un répartiteur de puissance.

Le système HSD exploite la puissance des moteurs thermique et électrique, qu'ils fonctionnent en tandem ou indépendamment l'un de l'autre, afin d'optimiser leur rendement et de doser au mieux performances routières et consommation de carburant.

à la décélération et au freinage, le moteur électrique se comporte comme un générateur de forte puissance : il récupère l'énergie cinétique — normalement dissipée sous forme de chaleur — et la stocke sous forme électrique dans la batterie hybride hautes performances.

La transmission à variation continue pilotée électroniquement (E-CVT) est commandée sans liaison mécanique, à l'aide d'un sélecteur de vitesses électronique.

à l'instar de la Prius III, la Prius+ possède trois modes de conduite "à la demande" qui élargissent l'éventail des possibilités de cette propulsion — dont un mode EV exclusif aux moteurs Full Hybrid, qui autorise un fonctionnement hyper-silencieux en recourant au seul moteur électrique, c'est-àdire sans consommer une goutte de carburant ni émettre de CO2, NOx ou MP.

Batterie compacte et puissante à l'ion lithium

La Prius+ innove en remplaçant la batterie nickel-hydrure métallique (Ni-MH) par une batterie à l'ion lithium (Li-ion) — mesure inédite sur une Toyota Full Hybrid non rechargeable. Placée à l'intérieur de la console centrale, entre les sièges avant, elle gagne nettement en légèreté et en compacité par rapport à celle de la Prius.

De conception nouvelle, elle ne compte plus que 56 éléments répartis en deux piles verticales, ce qui diminue considérablement l'encombrement et le poids : 34 kg, soit 8 kg de moins que celle de la Prius.

Malgré ces réductions de taille et de poids, la tension nominale reste inchangée à 202 V et la puissance est identique (37 ch).

Moteur 1,8 litre à cycle Atkinson et récupérateur de chaleur plus évolué

Le 4 cylindres essence à cycle Atkinson de 1.798 cm3, léger et ultra-compact, développe une puissance maximale de 99 ch à 5.200 tr/min et un couple maximal de 142 Nm à 4.000 tr/min.

Associée au système de recirculation des gaz d'échappement refroidis (EGR), l'adoption du cycle Atkinson permet une baisse conséquente de la consommation et des émissions.

Dans les moteurs fonctionnant selon le cycle Atkinson, les soupapes d'admission restent ouvertes beaucoup plus longtemps pour retarder la phase de compression. Le rapport de détente est alors supérieur au rapport de compression, d'où des pertes énergétiques moindres à l'admission et à l'échappement, et une meilleure conversion de l'énergie de combustion en énergie mécanique utile.

La température d'échappement de ce type de moteur est donc inférieure à celle des moteurs conventionnels. Quant au système de recirculation, il réintroduit les gaz d'échappement refroidis dans le système d'admission, ce qui abaisse encore la température de fonctionnement du moteur thermique.

Par leur action conjointe, ces technologies limitent les cas de figure qui nécessitent un refroidissement par "enrichissement d'essence" pour protéger le convertisseur catalytique des dégâts d'une surchauffe. Elles abaissent de ce fait la consommation et les émissions.

Afin d'améliorer le confort de l'habitacle et la consommation d'essence par temps froid, la chaleur du moteur thermique est récupérée à l'échappement par un dispositif repensé de recirculation, associé à une pompe à eau électrique. Un système électrique remplace l'habituelle courroie d'entraînement de cette pompe, afin de réduire les pertes mécaniques. Le débit du liquide de refroidissement est ainsi contrôlé plus précisément, ce qui favorise également la sobriété.

Par l'intermédiaire d'une vanne intégrée à l'échappement, ce système redirige les gaz pour réchauffer le liquide de refroidissement moteur au démarrage.

Comparativement au système homologue de la Prius III, il pèse 33 % de moins et gagne 27 % en efficacité. Plus précisément, comme il est désormais possible de transférer davantage de chaleur de l'échappement au liquide de refroidissement présent dans l'échangeur de chaleur, la montée en température du moteur thermique est nettement plus rapide, en particulier par temps froid. Ceci permet de chauffer plus vite l'habitacle, tout en améliorant le rendement du groupe hybride et sa frugalité.

Boîte-pont hybride E-CVT

En rassemblant le moteur électrique, le générateur, le répartiteur de puissance et le mécanisme réducteur à double étage sous un carter de transmission léger et extrêmement compact (de taille comparable à celle d'une boîte de vitesses classique), la boîte-pont est un organe fondamental du système Hybrid Synergy Drive®.

Elle possède un train de pignons multifonction intégrant quatre types de pignons — dont un mécanisme réducteur à double étage — d'où sa légèreté et sa grande compacité.

Pour compenser la prise de poids de la Prius+ par rapport à la Prius III, le rapport de pont est plus court, passant de 3,498 à 3,704 pour conserver une accélération comparable.

Moteur électrique/générateur de 82 ch

Le moteur électrique/générateur synchrone très performant de 82 ch, à aimant permanent, travaille en tandem avec le moteur thermique pour doper l'accélération, et entraîne seul les roues motrices lorsque la Prius+ roule en mode tout électrique EV.

Pour préserver la sobriété malgré l'augmentation de poids par rapport à la Prius III, le système de refroidissement du moteur électrique n'est plus à air mais à eau.

Ce moteur électrique fournit une puissance instantanée dès le régime nul et un couple maximal de 207 Nm. La tension d'alimentation maximale de 650 V CC a permis d'abaisser le courant de fonctionnement et donc l'échauffement, au bénéfice du rendement du système HSD.

électronique de puissance

De même taille qu'une batterie de 12 volts, l'électronique de puissance de l'Hybrid Synergy Drive® est constituée d'un survolteur, d'un inverseur et d'un convertisseur CC/CC.

Gérée par un calculateur de moteur électrique lui-même piloté par le calculateur du système hybride, l'électronique de puissance dope la tension en courant continu de la batterie hybride et la convertit en courant alternatif pour alimenter le moteur électrique.

Sur les véhicules non hybrides, c'est l'alternateur qui recharge la batterie auxiliaire. Mais comme ce dernier ne peut pas fonctionner pendant les phases de coupure du moteur thermique, il faut donc équiper les véhicules totalement hybrides (Full Hybrid) d'un système de substitution. C'est pourquoi le groupe Hybrid Synergy Drive® comprend un convertisseur CC/CC qui ramène la haute tension de 202 V de la batterie à 14 V, pour alimenter les accessoires et recharger la batterie auxiliaire.

Performances

Le groupe motopropulseur Hybrid Synergy Drive® de la Prius+ ajoute aux 99 ch du moteur essence 1,8 litre les 82 ch du moteur électrique, pour atteindre une puissance maximale de 136 ch. La voiture accélère progressivement de 0 à 100 km/h en 11,3 secondes et affiche une vitesse de pointe de 165 km/h (sur circuit).

Ses éco-performances profitent d'un aérodynamisme exemplaire et d'un poids très raisonnable, qui lui valent une consommation de 4,1 l/100 km1 et un taux de CO2 de 96 g/km1, chiffres sans équivalent dans le segment.

Fonctionnement de l'Hybrid Synergy Drive®

Quel que soit le trajet, le système Toyota Hybrid Synergy Drive® fonctionne selon différents modes pour optimiser la sobriété de la Prius+ :

à l'arrêt, le moteur thermique se coupe automatiquement pour économiser le carburant. Dans les phases de faible rendement moteur — par exemple au démarrage et de bas à mi-régime —, la voiture tourne automatiquement en mode EV (sur le seul moteur électrique) — s'affranchissant ainsi des émissions de CO2 et NOx.

En conditions de roulage normales, la répartition de puissance entre les moteurs thermique et électrique est ajustée en permanence afin d'optimiser le rapport performances/consommation de carburant.

Via le freinage à commande électronique ECB, le moteur électrique se comporte comme un générateur de forte puissance à la décélération et au freinage — phases pendant lesquelles il récupère l'énergie cinétique (habituellement dissipée sous forme de chaleur) et la stocke sous forme électrique dans la batterie hybride hautes performances. Ce dispositif récupérateur optimise la gestion énergétique du système Hybrid Synergy Drive®.

Le niveau de puissance de la batterie est constamment géré par le générateur (entraîné par le moteur thermique) pour supprimer toute nécessité de recharge à partir d'une source externe.

Trois modes de conduite à la demande : une expérience unique d'éco-conduite

En complément du mode de conduite NORMAL de sa transmission à variation continue pilotée électroniquement (E-CVT), la nouvelle Prius+ propose trois modes de conduite à la demande : EV, ECO et POWER, qui favorisent les performances et les économies de carburant.

Ces modes comportent aussi une aide très complète à l'éco-conduite, à l'intention de ceux qui souhaitent adopter une conduite encore plus éco-responsable.

Dès le démarrage et si le mode NORMAL est enclenché, la voiture fonctionne automatiquement en mode EV — c'est-à-dire sur le seul moteur électrique — pour fournir une puissance instantanée et une conduite extraordinairement souple et silencieuse, quasiment dépourvue de bruits et vibrations. Impossible sans la technologie Full Hybrid, ce mode de conduite n'existe donc pas sur les véhicules semi-hybrides (mild hybrid).

En mode NORMAL, la voiture peut rouler sur la seule puissance du moteur électrique jusqu'à 70 km/h, vitesse à partir de laquelle le moteur thermique entre en jeu lorsque sa puissance est requise.

Mais le conducteur peut aussi sélectionner manuellement le mode EV. Certes, le moteur thermique se mettra quand même en route si le système juge sa puissance nécessaire, mais ce mode à la demande tolère des accélérations nettement plus franches sans y faire appel. Moyennant une autonomie conditionnée par la charge de la batterie, le mode EV permet de rouler en agglomération aussi souvent que possible quasiment en silence et sans émissions de CO2, NOx ou particules.

Grâce à sa technologie 100 % hybride, la Prius+ peut rouler plus longtemps sans émissions. Le groupe motopropulseur étant conçu pour optimiser la consommation, il évite le plus souvent possible de recourir au moteur essence.

Les évaluations internes de Toyota illustrent ce potentiel. D'après des essais réalisés sur plusieurs trajets urbains et extra-urbains, l'effet cumulé de la motorisation Full Hybrid autorise un fonctionnement fréquent sans émissions : en moyenne jusqu'à 61 % du temps et 50 % de la distance totale parcourue.

Dans la mesure où seule une sollicitation légère ou modérée de l'accélérateur permet de conserver le moteur thermique au repos, ce mode de conduite EV participe grandement à la sobriété de la nouvelle Prius+.

Le mode ECO limite la réponse du papillon des gaz aux sollicitations agressives de l'accélérateur et optimise le fonctionnement de la climatisation. Selon les conditions de conduite, l'économie de carburant peut aller jusqu'à 10 % environ.

Le mode POWER modifie également la réponse des gaz de la Prius+, mais stimule ici la puissance pour intensifier l'accélération et le plaisir de conduite. Il accentue de 25 % la réponse des gaz aux sollicitations de l'accélérateur.

En complément de ces trois modes de conduite à la demande, une aide à la conduite économe Eco Drive permet au conducteur d'exploiter au mieux la frugalité du système Full Hybrid Toyota. Via l'écran multifonction Toyota Touch, le conducteur peut suivre les circulations d'énergie au sein du système Hybrid Synergy Drive® pour chacun de ces modes — une fonctionnalité qui l'aide à adopter un style de conduite détendu et économe en carburant.