Cycle d'Atkinson

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Moteur Atkinson tel que décrit dans le brevet américain n°367496

Le cycle d'Atkinson est un cycle thermodynamique utilisé dans un moteur à explosion. Il a été inventé par James Atkinson en 1882. Ce cycle, qui utilise une détente plus grande que la compression, améliore le rendement au prix d'une puissance plus faible. Il est utilisé dans les voitures hybrides modernes[1].

Conception[modifier | modifier le code]

Animation d'un moteur à cycle Atkinson

Le moteur à cycle d'Atkinson original permettait l'admission, la compression, la combustion et l'échappement en un seul tour de vilebrequin. Il était conçu pour contourner les brevets de Nikolaus Otto.

Du fait de la conception particulière du vilebrequin, le taux de détente est supérieur au taux de compression, ce qui améliore le rendement du moteur par rapport à un cycle de Beau de Rochas conventionnel. Le cycle thermodynamique avec détente prolongée a été repris par Toyota pour ses hybrides et les moteurs Sky-Active chez Mazda, ce qui permet d'améliorer le taux de compression (14:1) comparé à un cycle Otto, afin d'offrir un meilleur rendement : de meilleures consommations, des rejets de CO2 et de polluants (NOx, particules) réduits.

Cycle thermodynamique idéal[modifier | modifier le code]

Figure 1 : cycle d'Atkinson

Le cycle d'Atkinson idéal est composé de :

Moteur à quatre temps à cycle d'Atkinson[modifier | modifier le code]

Le cycle Atkinson peut aussi faire référence à un moteur à quatre temps dans lequel la soupape d'admission est maintenue ouverte au-delà du point mort bas pour permettre l'éjection d'une partie de l'air ou du mélange précédemment admis. La compression ne se fait donc pas sur toute la longueur de la remontée du piston. La pression de fin de compression est moindre du fait de cette réduction de la quantité d'air ou de mélange admis. La course de détente reste inchangée, elle est donc plus longue que la course effective de compression. L'objectif du cycle Atkinson est d'abaisser autant que possible la pression de fin de détente, afin de récupérer un maximum d'énergie mécanique.

L'inconvénient principal d'un moteur à quatre temps à cycle Atkinson est sa puissance réduite par rapport à un cycle de Beau de Rochas classique de même cylindrée car il admet moins d'air et donc moins de combustible.

Ce type de fonctionnement auquel on ajoute un compresseur à l'admission constitue le cycle de Miller.

Moteur à piston rotatif à cycle d'Atkinson[modifier | modifier le code]

Moteur rotatif à cycle d'Atkinson

Le cycle d'Atkinson peut être utilisé dans un moteur à piston rotatif. Dans cette configuration on peut à la fois accroître la puissance et le rendement par rapport à un cycle de Beau de Rochas. Ce type de moteur comporte un cycle moteur par tour, tout en offrant la différence de pression de compression et de taux de détente propres au cycle d'Atkinson. Les gaz d'échappement sont évacués du moteur par de l'air comprimé de balayage. Cette modification du cycle d'Atkinson permet l'utilisation de carburants tels que le gazole ou l'hydrogène (voir les liens externes).

Véhicules utilisant le cycle d'Atkinson[modifier | modifier le code]

Toyota Prius 2004 NHW20

Dans un véhicule hybride, la puissance « de pointe » plus faible du moteur à cycle d'Atkinson[2] est compensée par un appoint de puissance par le moteur électrique. C'est le principe de base de la transmission des voitures hybrides à cycle d'Atkinson. Le ou les moteurs électriques peuvent être utilisés indépendamment ou en parallèle avec le moteur à cycle d'Atkinson afin d'obtenir la puissance et le couple désirés.

Véhicules utilisant le cycle d'Atkinson :

  • Honda Accord Hybride 2014 ;
  • Honda CR-Z 1.5 L I-VTEC SOHC série LEA, compression géométrique 10.8:1 ;
  • Toyota Yaris hybride ;
  • Toyota Auris HSD II ;
  • Toyota Prius automobile hybride avec un taux de compression (purement géométrique) de 13,0:1 ;
  • Ford Escape hybride/Mercury Mariner/Mazda Tribute automobile hybride 4X2 et 4X4 avec un taux de compression de 12,4:1 ;
  • Toyota Camry hybride automobile hybride avec un taux de compression de 12,5:1 ;
  • Toyota RAV4 hybrid
  • Chevrolet Tahoe hybride automobile hybride 4x4 avec un taux de compression de 10,5. 10,8:1 ;
  • Hyundai Sonata Theta II 2.4 L DOHC plus hybride série-parallèle avec batteries polymère ion développée dans leurs laboratoires. taux de compression : 10,5:1 ;
  • Mazda CX5 MZR 2012 2,0 L de 165 ch avec un taux de compression « théorique » le plus élevé au monde de 14:1 ;
  • Lexus IS 300h associe un moteur électrique de 105 kW et un quatre cylindres essence 2,5 L à cycle Atkinson de 181 ch (environ 133 kW).
  • Mitsubishi Outlander PHEV, deux moteurs électriques de 82 ch et un moteur thermique à cycle d'Atkinson de 120 ch.
  • Kia Niro Hybride et Hyundai Ioniq Hybride : un moteur 4 cylindres essence à injection directe (GDI) de 105 chevaux à cycle Atkinson 14:1 associé à un moteur électrique de 32 kW (43 ch) et 170 Nm (jusqu’à 141 chevaux de puissance et 265 Nm de couple).

N.B. : le taux de compression défini ci-dessus ne correspond qu'à la course physique du piston du point mort bas au point mort haut, alors que la compression réelle dépend aussi du moment où la soupape d'admission se ferme.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Qu'est-ce que le cycle Atkinson dans les moteurs des voitures hybrides? auto123.com, consulté le 15 novembre 2014
  2. (en) John B Heywood 'Internal Combustion Engine Fundamentals' p. 184-186

Liens externes[modifier | modifier le code]