Toyota développe de nouvelles motorisations plus efficientes et plus réactives

Les nouveaux moteurs, boîtes de vitesses et systèmes hybrides basés sur l’architecture TNGA réduisent également la consommation et les émissions de CO2.

Une approche totalement repensée des performances fondamentales des véhicules, au profit des qualités routières et environnementales ; une thématique de développement « directe et souple » visant à transformer le caractère des véhicules Toyota à la conduite.
Ces nouvelles motorisations sont appelées à équiper au moins 60 % des véhicules vendus chaque année au Japon, aux États-Unis, en Europe et en Chine à l’horizon 2021, en y réduisant les émissions de CO2 d’au moins 15 %*1.

Toujours en quête d’excellence en matière d’agrément de conduite et de performances environnementales, Toyota Motor Corporation a développé des moteurs et des boîtes de vitesses particulièrement sophistiqués, tout en poursuivant l’évolution de ses systèmes hybrides. Le Groupe s’est appuyé sur l’architecture TNGA (Toyota New Global Architecture), une réforme structurelle sur laquelle repose désormais l’amélioration constante de ses voitures. TMC prévoit de déployer ces nouvelles motorisations à partir de 2017, sur une gamme de modèles qui continue à s’étendre rapidement.

Grâce au concept TNGA, c’est la structure même de l’automobile que transforme Toyota en abaissant la hauteur du capot, le centre de gravité et en instaurant des innovations qui bénéficient à la conduite. Pour améliorer les performances fondamentales des véhicules en termes de conduite, de direction et de freinage, le constructeur a entrepris une remise à plat globale centrée sur les plateformes. Au lancement de la Prius IV en 2015, le groupe Toyota a débuté l’utilisation de nouvelles plateformes. Parallèlement, Toyota a mis au point de nouveaux groupes motopropulseurs qui constituent le cœur des voitures et améliorent sensiblement les performances routières et environnementales.

Ces motorisations sont légères, compactes et contribuent à abaisser le centre de gravité. De cette réflexion approfondie sur les performances sont nés des moteurs à combustion ultra-rapide et des boîtes de vitesses extrêmement efficientes. De plus, pour standardiser leur structure de base, ces nouveaux blocs font appel à une conception modulaire (design homogénéisée) qui sert de base aux voitures de demain.

S’il était acquis que les nouveaux moteurs seraient par nature plus propres, le développement s’est attaché à obtenir des performances routières qui transforment le caractère des véhicules Toyota à la conduite, selon une thématique « directe et souple ».

Toyota part du principe qu’une voiture doit être « amusante à conduire », c’est-à-dire susciter un réel plaisir au volant. Son objectif : produire des véhicules dont le comportement routier répond à la volonté du conducteur, mais qui soient également respectueux de l’environnement – par leur sobriété notamment. Les motorisations annoncées aujourd’hui améliorent d’environ 10 % la puissance*2 et d’environ 20 % la consommation de carburant. Combinés à l’évolution générale de la caisse – aérodynamique, allègement et autres mesures –, ils peuvent ouvrir la voie à une hausse de puissance et une baisse de consommation plus importantes encore.

Nouveau 4 cylindres en ligne essence de 2,5 litres à injection directe

Toyota a baptisé « Dynamic Force Engines » sa nouvelle gamme de moteurs à combustion interne. Pour exploiter au mieux leur potentiel, leur structure de base a été complètement repensée en fonction du concept TNGA : leur architecture d’ensemble et leur configuration ont été entièrement repensées au profit des qualités routières et environnementales. Et leur évolution ne s’arrêtera pas là.

Ces nouveaux moteurs emploient une technique de combustion ultra-rapide et un système de contrôle variable. Qui plus est, ils affichent un rendement thermique supérieur qui leur vaut une puissance élevée, via une réduction des pertes énergétiques dues notamment aux circuits de refroidissement, d’échappement et au mouvement des pièces mécaniques. Parmi ces moteurs figure un 2,5 litres qui revendique l’un des meilleurs rendements thermiques au monde : 40 % en configuration essence et 41 % en hybride. Complètement remanié et très perfectionné, il se distingue par de nombreuses technologies inédites : à titre d’exemple, la précision de sa gestion le rend ultra-réactif et autorise un couple généreux à tous les régimes.

Nouvelles boîtes automatiques à 8 et 10 rapports (Direct Shift-8AT & Direct Shift-10AT)
Toyota a développé deux boîtes automatiques à 8 et 10 rapports, baptisées Direct Shift-8AT et Direct Shift-10AT. Toutes deux profitent de différentes mesures pour minimiser les pertes énergétiques et augmenter l’efficience. Ainsi la denture des pignons a reçu un nouveau traitement de surface qui diminue le coefficient de friction lors de l’engrènement et la composition du matériau de friction employé à l’intérieur de l’embrayage a été optimisée, ce qui réduit les pertes de couple d’environ 50 % lors de la rotation (comparativement à une boîte conventionnelle 6 rapports). Ces solutions, et d’autres encore, leur assurent une efficacité parmi les meilleures au monde*3. Ces boîtes automatiques étant plus compactes et plus légères que leurs homologues classiques, elles contribuent à réduire la consommation. Et leur centre de gravité plus bas améliore la stabilité, en ligne droite comme en virage.

Par ailleurs, la conjugaison de rapports espacés et d’un nouveau convertisseur de couple compact et très performant élargit la plage de prise directe. Il en résulte une réponse souple et instantanée aux sollicitations de l’accélérateur, qui donne la sensation d’une conduite plus franche.

Dans le cas de la boîte à 10 rapports Direct Shift-10AT, l’étagement resserré des rapports optimise la plage d’utilisation de chacun d’eux, en particulier aux bas et moyens régimes. La souplesse corollaire des changements de rapport – parmi les plus rapides au monde*3 – produit une sensation rythmée et confortable, parfaitement adaptée à un véhicule premium à roues arrière motrices.

Concrètement, le conducteur percevra une nette différence en ville comme sur route. La réponse souple à la pression de l’accélérateur autorise, là encore, une sensation plus franche au démarrage et, lors des dépassements, une accélération rythmée et dépourvue de « trous » qui satisfera les automobilistes, même en cas de sollicitation brusque sur l’accélérateur.

Évolution du Toyota Hybrid System II (THS II)

En reprenant les techniques de réduction de taille, de poids et de pertes appliquées à la Prius IV, Toyota a bonifié son système hybride pour moteur 2,5 litres et mis au point le nouveau Multistage THS II hautes performances pour véhicule à roues arrière motrices.

Le THS II pour moteur 2,5 litres brille par sa puissance et sa sobriété grâce à la synergie entre les techniques évoquées ci-dessus, le rendement thermique et la puissance élevés du nouveau moteur basé sur l’architecture TNGA.

Le Multistage THS II modifie radicalement l’image que l’on se fait d’une hybride, en offrant une accélération instantanée dès l’arrêt et des sensations directes. Outre le fait qu’il améliore le rendement du système à vitesse élevée, il recourt moins souvent au moteur thermique en conduite rapide, d’où une moindre consommation.

Le système dédié aux véhicules hybrides rechargeables (VHR) évolue également. Moyennant un nouveau système d’entrainement bi-mode, l’un des deux moteurs électriques, jusqu’alors cantonné au rôle de générateur peut désormais fournir une force motrice directe et donc des performances plus élevées en mode tout électrique. S’y ajoute une batterie lithium-ion de grande capacité, qui allonge sensiblement l’autonomie électrique des VHR en la portant à 60 km, voire davantage*4.

Lancement de nouvelles motorisations

De par l’architecture TNGA, les techniques de base des nouveaux groupes ont gagné en efficacité et la fabrication elle-même en qualité, gage de produits à la fois abordables et de grande qualité. Ainsi, Toyota sera en mesure de proposer rapidement des voitures « toujours meilleures » et de favoriser la généralisation des véhicules économes en carburant, donc plus respectueux de l’environnement.

Dans les cinq ans à venir, Toyota prévoit d’introduire dix-sept versions de neuf motorisations (dont le 2,5 litres annoncé aujourd’hui), dix versions de quatre boîtes de vitesses (dont de nouvelles boîtes automatiques à plusieurs rapports et un nouveau type de boîte à variation continue) ainsi que dix versions de six systèmes hybrides. Via la conception modulaire née de l’architecture TNGA, Toyota lancera donc un large choix de motorisations dans un laps de temps réduit en les appliquant successivement à différents modèles, dont le premier sortira en 2017.

D’ici à fin 2021, ces motorisations devraient équiper 60 % au moins des modèles Toyota et Lexus vendus chaque année au Japon, aux États-Unis, en Europe et en Chine. Selon les estimations du Groupe, les véhicules des deux marques livrés cette année-là dans ces pays y représenteront une économie de CO2 d’au moins 15 %, par la seule baisse de consommation de ces moteurs.

Réexamen et renforcement de la structure de développement dédiée aux moteurs

Toyota compte réexaminer et renforcer la structure de développement de son entité interne dédiée aux moteurs. Les véhicules à moteur conventionnel représentent la grande majorité du marché actuel ; quant aux VH et VHR – qui continueront à progresser – ils possèdent eux aussi un moteur à combustion interne. Tout en favorisant l’évolution des moteurs thermiques et des boîtes de vitesses, qui devraient conserver leur prépondérance un certain temps encore avant l’électrification des véhicules, Toyota accélère le développement des technologies hybrides (d’électrification) que l’on retrouve notamment dans les moteurs électriques, les batteries et les modules PCU (électronique de puissance).

1) Augmenter les compétences collectives du Groupe Toyota par le partage des technologies

Depuis longtemps chez Toyota, la recherche et le développement des technologies et systèmes essentiels reposent sur un dogme « apprendre par la création interne ». C’est précisément en engrangeant les connaissances, le savoir-faire et l’expérience que Toyota fait de ses échecs une source de progrès. Colonne vertébrale de sa R&D, cette approche lui a permis de concevoir un système hybride réalisable, de lancer la Prius – premier véhicule hybride de série au monde –, de développer et de commercialiser rapidement la Mirai à pile à combustible.

Toutefois, le Groupe est bien conscient qu’il lui sera difficile d’accélérer le rythme de développement et de commercialisation des technologies d’électrification, donc de réduction des émissions de CO2, en s’appuyant sur ses seules ressources, comme il l’a fait jusqu’à présent. Aussi, tout en sélectionnant avec soin ce qu’il juge nécessaire d’acquérir en interne, il encouragera désormais le partage des technologies au sein du Groupe et élargira le nombre de domaines couverts par la recherche collaborative. Cette politique renforcera le développement conjoint, lequel recourt à des obeya (« grande salle en japonais »), des salles de projet communes où l’on affiche et consulte les objectifs, les règles, les délais, l’état d’avancement, les problèmes, etc. Elle assurera une exploitation optimale des ressources disponibles en vue de créer rapidement des technologies de pointe et de progresser dans trois domaines : les compétences collectives du Groupe Toyota, la rapidité de développement des technologies environnementales et l’ampleur de leur multiplication/expansion.

2) Renforcer la structure de développement des technologies hybrides, cruciales pour électrifier les véhicules

Les technologies hybrides fondamentales que l’on trouve par exemple dans les moteurs électriques, les batteries et les modules PCU, sont également essentielles aux véhicules alimentés à l’électricité, VHR, VE et véhicules à PAC notamment. Pour donner un bon coup d’accélérateur au développement des technologies hybrides qui sont, selon Toyota, au cœur même du développement des technologies environnementales, le Groupe prévoit d’augmenter le nombre de collaborateurs qui leur sont affectés. Plus précisément, il prévoit de réorganiser sa structure de développement à partir de 2017 et d’étoffer ces effectifs d’environ 30 % dans les cinq ans, c’est-à-dire à fin 2021. Au-delà de cette date, le renforcement des moyens humains en ce domaine s’effectuera en fonction des besoins.

Pour participer à la protection de la planète, Toyota s’est donné pour objectif de réduire les émissions de CO2 des véhicules neufs de 90 % d’ici à 2050 (par rapport aux niveaux de 2010). Conformément à sa politique d’économies d’énergie, pierre angulaire du développement de ses technologies écologiques, Toyota s’efforce de réduire la consommation de carburant afin de lutter contre les émissions de CO2.

Pour y parvenir, le Groupe poursuit l’amélioration de ses moteurs, de ses boîtes de vitesses et encourage la généralisation des VH et VHR. Un œil sur l’avenir et l’autre sur la baisse de consommation des carburants fossiles, pour répondre à la diversification des sources d’énergie, le constructeur poursuit le développement de ses véhicules zéro émission tels que les véhicules à PAC hydrogène et les VE.

Et pour mieux réduire les rejets de CO2, il continue de développer ses technologies environnementales et de commercialiser des véhicules plus respectueux de l’environnement, conscient que leurs bénéfices ne seront perceptibles qu’à condition de les généraliser.

À l’avenir, Toyota entend unir les compétences diverses du Groupe pour réaffirmer ses engagements : accélérer la commercialisation de voitures « toujours meilleures » – c’est-à-dire plaisantes à conduire et plus écologiques – grâce à l’architecture TNGA, et accélérer la réduction des émissions carbone.

  • 1 Comparaison entre la quantité moyenne de CO2 émise par les véhicules Toyota et Lexus effectivement vendus en 2015 au Japon, aux États-Unis, en Europe et en Chine, et la quantité moyenne de CO2 émise par les véhicules des deux marques qui, d’après les prévisions, seront vendus en 2021 dans ces mêmes pays, y compris les véhicules équipés des nouvelles motorisations.

Part estimative de la réduction de CO2 à mettre au seul compte des nouvelles motorisations, basée sur des données homologuées dans chaque pays ou région.

  • 2 Critère retenu : temps d’accélération de 0 à 100 km/h pour un véhicule à essence, de 40 à 70 km/h pour un véhicule hybride.
  • 3 En novembre 2016, selon une étude Toyota.
  • 4 Objectif du développement (selon cycle d’essai JC08) ; mesure effectuée par Toyota.

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