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Saga E-TECH Episode 5 : LE DÉFI DE LA VERSION E-TECH M

Publié le

Aux sources de Renault E-TECH

episode 5

200 ch et une consommation
en baisse : le défi de cette nouvelle génération

C’est fort de son expertise du véhicule électrique et de son expérience en Formule 1, et en s’appuyant sur des équipes d’ingénierie, de développement et de contrôle enthousiastes et passionnées, que Renault a mis au point son innovante motorisation E-TECH hybride. Après une première génération de 140 chevaux lancée en 2020, la seconde génération de 200 chevaux est apparue sur le marché en 2022 et 2023, avec Austral, Espace et Rafale. Au menu, de nombreuses optimisations et, surtout, l’usage d’un tout nouveau moteur thermique à 3 cylindres ultra-efficient. Le développement de cette version E-TECH full hybrid 200 ch avait débuté dès 2018.

[caption id="" align="aligncenter" width="1198"]Arkana La motorisation E-TECH de première génération a grandement contribué au succès commercial d’Arkana[/caption]
Les premiers essais par la presse en 2020 des Clio et Captur E-TECH hybrides sont plus qu’encourageants. Assurément, cette motorisation innovante est bien née, efficace et permet de réelles économies de carburant, pour un surcoût jugé raisonnable par rapport à une motorisation essence équivalente. Un avis confirmé en 2021 avec Arkana, un véhicule du segment supérieur, dont les ventes de la version hybride dépassent rapidement celle des deux versions à motorisation essence, pour culminer à près de 60% des ventes totales en 2022. Il faut dire qu’avec un démarrage systématiquement électrique, 80% du temps de roulage en électrique en ville et jusqu’à 40% d’économies de carburant, les clients y trouvent leur compte.

Cependant, le « plan produit » de la marque prévoit l’arrivée sur le marché de modèles plus imposants et statutaires comme Austral (2022), Espace (2023) et Rafale (2024). Pour eux, pas question de se satisfaire de 140 ou 145 chevaux, il faut monter plus haut. De toute façon, l’ambition affirmée et assumée par Luca de Meo, le Directeur Général de Renault, est claire : « Nous voulons faire le meilleur moteur hybride du monde ». Mission est donnée à Gilles le Borgne, patron de l’ingénierie Renault et à Philippe Brunet, celui des motorisations, de parvenir à cet objectif, en conservant les bases technologiques de la première génération. Naturellement, ceux-ci se tournent vers les équipes de développement de la motorisation E-TECH – qui avaient depuis longtemps anticipé ce besoin et planchaient sur les solutions à apporter.

[caption id="" align="aligncenter" width="600"] Rafale bénéficiera de la seconde génération de motorisation E-TECH, poussée à 200 ch[/caption]

Nous avions déjà trouvé le nouveau moteur thermique qui remplacerait le 1.6 atmosphérique de la première génération de 140 ch et nous savions aussi sur quels leviers jouer pour optimiser encore plus la puissance, le confort d’utilisation et l’efficience de notre motorisation. Face à des concurrents déjà bien en place sur le marché et de nombreux nouveaux acteurs, nous nous sommes donnés un an pour optimiser les performances électriques, toute la mise au point, gagner en consommation, en rapidité de démarrage moteur et en fluidité de passage des rapports, entre autres.

Nicolas Fremau
Expert de la chaîne de traction hybride à l’origine de la technologie E-TECH, avec ses complices Ahmed Ketfi-Cherif et Antoine Vignon.

Le défi était loin d’être simple, mais rien ne pouvait être plus passionnant pour eux !

200 ch et une consommation en baisse : le défi de la version E-TECH M

#1 UN NOUVEAU MOTEUR THERMIQUE PENSÉ POUR L'HYBRIDE

Le principal organe à changer au profit d’un élément à la fois plus moderne, plus puissant et plus efficient était donc le moteur thermique. Exit le 4 cylindres atmosphérique de la première génération – un moteur qui avait bien rempli sa mission mais qui avait été choisi en 2016 comme le meilleur compromis possible – au profit d’un moteur que les équipes voulaient cette fois « parfait pour le job » comme l’explique Francis Boutonnet.

[caption id="" align="aligncenter" width="1200"]robot La nouvelle motorisation E-TECH 200 ch basée sur le moteur HR12[/caption]

Chef de projet organes pour les moteurs à essence de la famille HR au sein de l’ingénierie de Renault Group et de l’Alliance, ce dernier avait travaillé sur le moteur quatre cylindres (1.3 TCe) développé en collaboration avec Daimler et lancé en 2018 dans la gamme Renault.
 

Le développement du 1.3 TCe nous a remis dans la course technique aux moteurs essence efficients mais il fallait aller plus loin pour la suite » se souvient-il. « A l’époque, en 2015-2016, on pressentait que le Diesel allait baisser du fait des réglementations à venir. Il nous fallait donc une nouvelle motorisation essence de référence au meilleur niveau d’efficience énergétique, à l’instar de ce qu’on avait su faire quelques années plus tôt en Diesel, avec le 1.5 dCi puis les 1.6 et 2.0 dCi. »

Francis Boutonnet
Chef de projet organes

 
Cette nouvelle motorisation essence devait rassembler ce qui se fait de mieux en termes de technologies favorisant la performance énergétique. Mais les ingénieurs devaient également voir plus loin et anticiper les contraintes qui naîtraient des futures normes, notamment la norme Euro 7. Un casse-tête qui obligea Francis Boutonnet à travailler sur plusieurs solutions :
 

A ce moment-là, tous les moteurs à essence du marché utilisaient un surplus de carburant pour, à haut régime, conserver le bon mélange stœchiométrique, c’est-à-dire le bon rapport entre air et essence dans la chambre de combustion, afin de ne pas surchauffer. Mais on sentait bien que d’un point de vue réglementaire, ça allait tôt ou tard devenir un problème. Il nous fallait donc un moteur qui reste à la bonne stœchiométrie quelles que soient les sollicitations. Nous étions également convaincus, que pour avoir un rendement optimum, il devait fonctionner selon le cycle de Miller et bénéficier d’un système de recirculation des gaz brulés avec vanne EGR.

Francis Boutonnet
Chef de projet organes

Concernant la vanne EGR, Nissan avait déjà implanté un tel dispositif – qui assure une diminution des émissions de NOx et une amélioration du rendement par le biais d’une recirculation des gaz d'échappement dans le moteur – sur un moteur essence. Mais Francis et ses équipes voulaient aller plus loin que leurs collègues japonais : « Nous nous étions fixé un objectif de 20 % de taux de recirculation, ce qui nous a obligé à raccourcir le circuit entre le turbo et l’admission d’air et à utiliser un module d’admission d’air refroidi par eau, un ‘water CAC’, ce qui n’était pas courant sur un moteur essence à l’époque. »

De même, concevoir un moteur fonctionnant selon le cycle de Miller implique de revoir de nombreux éléments puisque sa particularité (la fermeture des soupapes avant que le piston n’ait rejoint son point bas pour optimiser le rendement) fait que le mélange air/carburant enfermé dans la chambre de combustion y reste plus longtemps avant d’arriver jusqu’à l’étincelle de combustion. Il a donc fallu par exemple travailler spécifiquement l’aérodynamique des conduits d’admission et de la chambre de combustion, « ce qui a demandé de nombreuses simulations, puis de multiples essais, en interne et avec des partenaires, sur moteur monocylindre d’abord avant de passer au multicylindres » se remémore Francis Boutonnet.

[caption id="" align="aligncenter" width="1200"]Austral C’est à bord des prototypes d’Austral que cette motorisation a été mise au point.[/caption]
[caption id="attachment_30005935" align="alignleft" width="550"]lorem ipsum Le 3 cylindres 1.2 litre essence de la motorisation E-TECH M affiche une courbe de consommation spécifique meilleure qu’un 4 cylindres Diesel de puissance équivalente[/caption]

Et justement, combien de cylindres allaient composer ce nouveau moteur essence ultra efficient ? La réponse de Francis Boutonnet permet de comprendre le lien avec la motorisation E-TECH 200 ch : « On se doutait en le développant que ce moteur d’abord pensé pour un usage ‘seul’ conviendrait aussi parfaitement à une motorisation hybride comme l’E-TECH. A condition de rester compact, pour entrer dans tous les compartiments moteurs et ne pas alourdir la motorisation. Donc nous avons fait le choix de l’architecture 3 cylindres, d’autant qu’à cylindrée constante, 1 200 cm3 en l’occurrence, elle offrait un meilleur rendement énergétique qu’une architecture 4 cylindres. »

Il a également fallu rogner sur la hauteur de culasse pour maintenir une longue course du piston, favorable à l’efficience énergétique du moteur, implanter un système d’injection optimisé à 350 bars, travailler l’architecture du catalyseur sous turbo pour l’efficacité de traitement des émissions ou bien encore continuer à optimiser tout ce qui pouvait l’être pour diminuer les frottements et donc la consommation. Mais ce moteur 1.2 TCe était vraiment celui qu’il fallait à la nouvelle génération de motorisation E-TECH hybride.

#2 ENCORE DES IDÉES ET DES BREVETS

Pour le reste des éléments composant la motorisation E-TECH hybride, il était hors de question de changer. Nos spécialistes se sont cependant penchés sur chacun d’eux, notamment pour réussir à améliorer les performances électriques de l’ensemble, et donc la puissance de la motorisation, tout en optimisant l’efficience.
 

Nous avons commencé par utiliser sur cette motorisation hybride ‘simple’ l’architecture électrique 400 volts de la motorisation hybride rechargeable qui avait été déployée sur Captur et Mégane. La première génération d’E-TECH avait une architecture 230 volts seulement. Et nous sommes passés d’une batterie 1,2 kWh à une batterie 2 kWh. Avec cette dernière et le nouveau voltage, le moteur électrique principal est passé de 35 à 50 kW (48 à 68 ch).

Ahmed Ketfi-Cherif
Spécialiste du contrôle de cette motorisation E-TECH hybride

Nicolas Fremau embraye… sur la boîte de vitesse à crabots : « Il a fallu la renforcer pour qu’elle puisse encaisser l’augmentation de puissance et de couple des deux moteurs principaux. On en a profité pour l’améliorer, en rendant utilisable le cinquième rapport qu’elle comportait et qui était resté inutilisé dans la première mouture de la motorisation E-TECH. Pour cela, nous avons simplement joué sur les rapports de démultiplication de la boîte. »

Deux premières solutions malignes et simples qui convenaient bien au contexte. Nos hommes devaient en effet aller vite, dans un contexte financier contraint. Ils avaient déjà fait preuve d’ingéniosité à de nombreuses reprises, mais avaient encore des idées en réserve. Notamment celle qu’Antoine Vignon, l’ingénieur responsable de cette boîte de vitesse innovante a proposé et breveté : supprimer un des pignons entraînant le second moteur électrique HSG (High-voltage Starter Generator, ou démarreur haute tension).

De quoi optimiser le rendement sur tout ce qui faisait fonctionner ce moteur pour un gain de 0,5 grammes de CO2/km. Le genre de gains marginaux qui, mis bout à bout, vous font gagner une compétition…

 

Enfin, le nouveau moteur E-TECH hybride 200 ch a bénéficié des améliorations logicielles et électronique qui avaient déjà été appliquées, en cours de vie, à la motorisation 140 ch originale. Par exemple le démarrage du moteur thermique non plus par l’allumage d’un cylindre mais par l’intermédiaire du HSG. De quoi gagner en efficacité sur les démarrages à froid du matin notamment. Autre amélioration notable, l’ajustement du couple via le HSG, toujours lui, afin d’éviter de devoir éteindre (et donc redémarrer ensuite) le moteur thermique pendant les passages de rapport. « Tout cela, c’est moins de consommation et encore 2,7 grammes de CO2/km d’envolés ! » précise Nicolas Fremau.

 

La nouvelle version 200 ch du moteur E-TECH hybride de Renault était prête à être inaugurée sur Austral en 2022 et Espace en 2023. Nicolas Fremau, Ahmed Ketfi-Cherif, Antoine Vignon et leurs collègues allaient-ils pouvoir se reposer ? Pas encore, car une nouvelle déclinaison, encore plus puissante et à l’architecture différente, était dans les tuyaux…