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Écrit par Laurent

19-02-2009

Sommaire :	Introduction	Passat TSI Ecofuel	Passat Bluemotion II	Passat BlueTDI	Touareg Hybrid

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Touareg Hybrid

-Le prototype du Touareg hybride animé par le nouveau moteur V6 TSI peut tracter 3,5 tonnes...
-La combinaison du V6 TSI suralimenté et du moteur électrique fait tomber la consommation à moins de 9 l/100 km
-Le module hybride est logé entre le V6 TSI et la boîte automatique à 8 rapports

Volkswagen s’apprête à commercialiser, parallèlement à ses versions essence et diesel « propres », un Touareg de la prochaine génération à propulsion hybride. Consommation moyenne : moins de 9 l/100 km. Émissions de CO2 moyennes : en dessous de 210 g/km. Un prototype proche de ce que sera le modèle de série permet aujourd’hui de se faire une idée sur le système hybride intégral qui équipera le futur Touareg. La base conceptuelle de la plate-forme expérimentale trouve son origine dans la génération actuelle du SUV. Le système de propulsion de ce véhicule est, à maints égards, très proche de celui dont sera doté le futur Touareg hybride. Celui-ci sera animé par un nouveau V6 TSI – un moteur à injection directe d’essence ultramoderne suralimenté par un compresseur mécanique – couplé à un moteur électrique. La transmission aux roues de la puissance se fera par l’intermédiaire d’une boîte automatique à 8 rapports de conception nouvelle. Volkswagen recourra à une propulsion hybride parallèle pour le futur Touareg V6 TSI Hybrid. Cette version du SUV aussi possédera une transmission intégrale permanente des plus performantes.

Le V6 TSI fait rimer puissance maximale et consommation minimale

Particulièrement vif, le V6 TSI qui anime le prototype du Touareg développe 245 kW/333 CV à 5.500 tr/min. Sa cylindrée de 2.995 cm3 lui permet de fournir un couple maximum de 440 Nm dès 3.000 tr/min. Ce moteur TSI, qui se rapproche par sa puissance d’un 8 cylindres, est cependant nettement plus sobre. Le principe de « downsizing » intelligent cher à Volkswagen (une cylindrée plus faible combinée à l’injection directe d’essence et à la suralimentation) et largement éprouvé sur des 4 cylindres a été appliqué pour la première fois sur un 6 cylindres avec le nouveau V6. Les résultats sont convaincants. Les bénéfices en termes de couple liés à l’utilisation d’un compresseur deviennent encore plus spectaculaires avec l’adjonction du moteur électrique, surtout à faible vitesse. En cas de besoin, on peut compter sur un couple exceptionnellement élevé même dès que le véhicule s’ébranle – un avantage inhérent à un système conçu dans un souci d’efficacité maximale. Afin d’accroître encore cette efficacité, le V6 TSI utilise une pompe à eau commutable qui garantit une montée à température très rapide du moteur. Cette pompe est intégrée au système de gestion général du chauffage du véhicule.

La combinaison du V6 TSI et du moteur électrique fait tomber la consommation à moins de 9 l/100 km
Le moteur électrique, logé entre le V6 TSI et la boîte automatique à 8 rapports, développe une puissance de 38 kW/52 CV et un couple maximal de 300 Nm. Lorsque ses besoins en puissance et en couple sont élevés, le conducteur peut conjuguer les efforts des deux moteurs (par « kick-down » ou en plaçant le levier du changement de vitesse en position « S ») et disposer temporairement de 275 kW/374 CV et 550 Nm. Le prototype du Touareg V6 TSI Hybrid accélère alors de 0 à 100 km/h en à peine 6,8 s.

Fondamentalement, le système hybride du Touareg n’a cependant pas été conçu pour signer des performances dignes d’une voiture sportive, mais pour atteindre des valeurs très basses en termes d’émissions et de consommation. Il ne faut dès lors pas s’étonner d’apprendre que ces performances s’accompagnent d’une consommation moyenne de moins de 9 l/100 km et d’émissions de CO2 moyennes inférieures à 210 g/km. Le Touareg V6 TSI Hybrid satisfait aux exigences des normes antipollution européenne et américaine Euro 5 et ULEV2.

Une consommation réduite de plus de 25 pour cent
En comparaison avec un SUV classique de même taille, le concept hybride se signale par une consommation en ville inférieure de plus de 25 pour cent. Les ingénieurs en développement estiment à 17 pour cent en moyenne les économies de carburant réalisées sur des trajets qui combinent la ville, la route et l’autoroute. Quatre paramètres entrent principalement en ligne de compte dans la réduction de la consommation du prototype Volkswagen :

-    La fonction Start-Stop automatique : intégrée au système de propulsion, la fonction Start-Stop automatique réduit de manière significative la consommation, spécialement en zone urbaine.

-    La récupération de l’énergie à la décélération : lors des phases de décélération, le moteur électrique joue le rôle d’alternateur et récupère de l’énergie qui est ensuite stockée dans la batterie haute tension (batteries NiMH). Ce faisant, il génère une partie de l’énergie nécessaire à son propre fonctionnement. Le rendement de récupération varie selon la course de la pédale de frein.

-    Le moteur électrique : la sollicitation du seul moteur électrique à des vitesses comprises entre 0 et 50 km/h contribue également à réduire la consommation, spécialement en ville. Dans ce cas, le V6 TSI est coupé et désolidarisé de la transmission au moyen d’un embrayage de découplage. Le Touareg V6 TSI Hybrid ne génère alors aucune émission. Dans ce mode, le courant électrique circule de la batterie au moteur électrique via l’électronique de puissance, qui comprend un convertisseur impulsionnel. Il est également question de doter la future version de série d’une touche spéciale dont l’activation permettrait de circuler en mode purement électrique.

-    La « roue libre » : dès que le conducteur cesse d’accélérer, un embrayage de découplage désolidarise le V6 TSI de la transmission. Ce phénomène est même possible à des vitesses plus élevées – jusqu’à 160 km/h environ pour la future version de série – et dès lors aussi sur autoroute. Grâce à l’élimination des pertes dues au couple de retenue, le Touareg roule nettement plus librement. Une spécificité que le conducteur peut traduire directement en économies de carburant supplémentaires en adoptant un style de conduite préventif.

Un mélange d’énergies intelligent
En termes de modes de propulsion – et des flux d’énergie qui y sont associés –, on recense deux autres modes de fonctionnement en plus du mode purement électrique et du roulage en roue libre : l’utilisation classique du moteur à combustion interne et le « boost » caractéristique des voitures hybrides.

Lorsqu’on utilise exclusivement le moteur à combustion, on est confronté à deux cas de figure. Dans le premier cas, le Touareg est conduit comme un véhicule classique (fig. 2 page 8). Remplaçant l’alternateur traditionnel de 12 V, le moteur électrique génère juste ce qu’il faut d’énergie pour alimenter le réseau électrique de bord et maintenir constante la charge de la batterie (en l’occurrence, une batterie haute tension). Dans le deuxième cas, le moteur à essence fournit non seulement l’énergie nécessaire à l’entraînement du véhicule, mais aussi celle requise pour le chargement de la batterie haute tension, et ce, via le moteur électrique, qui fait office d’alternateur (fig. 3 page 9). Dans ce cas, le système permet d’exploiter la zone de la cartographie la plus efficace à cet effet. La mission du module de gestion hybride consiste alors à réguler l’alternance des phases de conduite en mode électrique avec celles de chargement actif afin d’obtenir la consommation la plus basse possible.

Le « boost » : quand le conducteur décide de disposer de toutes les réserves de puissance disponibles (par « kick-down » ou en plaçant le levier du changement de vitesse en position « S »), le moteur électrique épaule le V6 TSI au-delà de la courbe de pleine charge du moteur (fig. 4 page 9). La puissance et le couple développés par ces deux moteurs sont transférés aux trains avant et arrière par l’intermédiaire de la boîte automatique à 8 rapports. Comme mentionné plus haut, le conducteur possède alors, pour un court moment, jusqu’à 275 kW/374 CV et 550 Nm sous la pédale.

En outre, sa régulation étant extrêmement rapide, le moteur électrique est également employé (dans le cadre du mécanisme dit de « compensation en phase de roulage ») pour agir positivement ou négativement sur le couple. Par exemple, si le conducteur sollicite un surcroît de couple, le moteur électrique vient brièvement en appui au V6 TSI jusqu’à ce que ce dernier ait atteint la valeur visée. Cela permet au Touareg hybride de réagir encore plus spontanément aux sollicitations de l’accélérateur. Les interventions « négatives » sur le couple (régulation du couple de retenue), essentielles au confort des occupants lors de passages de rapports ou de changements de charge soudains, remplacent dans une large mesure les interventions classiques via le moteur à combustion, guère idéales en termes de rendement.

L’activation du mode spécifique requis est indiquée par l’allumage d’un témoin de flux d’énergie sur l’écran du système de radionavigation RNS 510 installé dans le prototype.

Configuration technique de la propulsion hybride
Dans le cas du Touareg, Volkswagen a opté pour une configuration parallèle. Contrairement aux autres systèmes hybrides possibles, cette solution préserve aussi bien les caractéristiques « offroad » du véhicule qu’une aptitude en côte constante sans restriction. Avec une charge tractée maximale qui peut atteindre 3,5 tonnes, le Touareg V6 TSI Hybrid s’avère également un véhicule tracteur idéal. De plus, cet hybride à configuration parallèle affiche un meilleur rendement que les autres concepts hybrides à la fois sur les parcours interurbains et sur autoroute.

Le groupe motopropulseur proprement dit consiste en un moteur V6 TSI, une boîte automatique à 8 rapports – qui se révèle idéale, que le véhicule fonctionne en mode hybride ou qu’il fasse office de « tracteur » – et le module hybride, logé entre le moteur à combustion et la boîte de vitesses. Ce module compact, qui pèse 55 kg, intègre l’embrayage de découplage (accolé à l’arrière du moteur V6) et le moteur électrique, tous deux enfermés dans un boîtier.

La coordination entre les différents composants est « dirigée » par un Hybrid-Manager. Cet élément multitalentueux est intégré à l’unité de gestion du moteur. Par l’intermédiaire du réseau CAN-Bus, il communique entre autres avec la boîte de vitesses automatique, avec la batterie haute tension et avec l’électronique dite « de puissance » qui régule le moteur électrique et qui gère le flux d’énergie entre le moteur électrique et la batterie. Via un transformateur DC/DC, l’électronique de puissance assure également l’alimentation du réseau de bord (12 V) par le moteur électrique ou par la batterie haute tension. L’Hybrid-Manager choisit automatiquement le mode de propulsion idéal sur base de l’état de charge de cette batterie (capacité de 6 Ah), de la vitesse de déplacement et d’autres paramètres spécifiques au véhicule, ceci après avoir procédé à une analyse quasiment instantanée de tous les signaux.

La batterie nickel-hydrure de métal (NiMH)
La batterie NiMH retenue par Volkswagen reflète ce que l’on fait actuellement de mieux en matière de technologie de stockage d’énergie électrique dans le domaine automobile. Éprouvées au fil des ans, la sécurité de fonctionnement de la performante batterie NiMH et sa solidité sont les principaux arguments en sa faveur, auxquels il faut encore ajouter de nets avantages en termes de coût.

Pour gagner de la place, la batterie a été placée dans l’auge qui accueille habituellement la roue de secours. Il a suffi de rehausser de 50 mm le plancher du coffre. La batterie pèse 67 kg et est constituée de 240 cellules individuelles qui permettent de générer une tension de 288 V. Par l’intermédiaire d’un conduit supplémentaire intégré au système de ventilation de l’habitacle et de deux ventilateurs indépendants, la batterie est maintenue à un niveau de température idéal. Un gestionnaire de batterie surveille en permanence sa charge en comparant ses données à celles de l’Hybrid-Manager.

Des conducteurs électriques spéciaux relient la batterie à l’électronique de puissance située à l’avant gauche de la voiture, à côté du moteur. Par leur intermédiaire, le moteur est alimenté en énergie par la batterie (fig. 5 page 10) ou, inversement, la batterie est chargée soit par le moteur lorsque celui-ci fait office d’alternateur au freinage (récupération - fig. 6 page 10), soit par le V6 TSI. En cas d’accident, la batterie haute tension est protégée par un « Protect Box ». Le système de batterie pèse 79 kg, Protect Box et dispositif de ventilation inclus.

Compensation partielle du surpoids lié au système hybride
Le prototype a subi de nombreuses modifications pour compenser partiellement le poids des composants de l’entraînement hybride (environ 175 kg).

La transmission intégrale permanente 4XMotion en est un exemple. Sur le Touareg actuel, la force motrice est transmise aux roues avant et arrière par l’intermédiaire d’une boîte de transfert avec différentiel central verrouillable. Dans le cas du Touareg V6 TSI Hybrid, cette boîte de transfert à deux étages est remplacée par un différentiel Torsen plus léger, tel qu’utilisé également sur l’Audi Q7. Les talents affichés par le Touareg, comme son potentiel à tracter, ont été préservés à 100 pour cent malgré ce changement.

Autres modifications par rapport au Touareg de série
Divers éléments ont dû être complètement redéveloppés afin que l’hybride puisse offrir le même niveau de confort et de sécurité également en mode exclusivement électrique. Ainsi, le prototype bénéficie d’une direction assistée électrohydraulique dont le fonctionnement ne dépend pas d’une pompe d’assistance entraînée par le moteur à combustion. Par ailleurs, le véhicule est doté d’un compresseur de climatiseur électrique haute tension qui permet de faire régner une température agréable dans l’habitacle même lorsque le V6 est coupé. L’alimentation permanente du réseau de bord n’est quant à elle pas assurée par un alternateur, mais par le transformateur DC/DC intégré à l’électronique de puissance.

La boîte automatique à 8 rapports aussi est adaptée spécialement au fonctionnement hybride. Elle est notamment équipée d’un convertisseur de couple spécial avec un embrayage de pontage plus grand, d’une pompe à huile – électrique – supplémentaire (pour assurer l’alimentation en huile lorsque le moteur à combustion ne fonctionne pas), d’un chauffage de boîte pour atteindre plus rapidement la température de fonctionnement idéale, ainsi que d’une gestion de boîte modifiée.

Démarrage sur le moteur électrique
Le moteur électrique fait aussi fonction de démarreur. Et il s’agit là d’une tâche particulièrement exigeante, étant donné que le démarrage du V6 TSI doit être caractérisé par un maximum de confort, en particulier lors d’un changement de mode de propulsion en marche. Fonctionnement : dès que le moteur à essence doit être remis en marche, l’embrayage du convertisseur de couple est amené en position « glissement » tandis que le régime du moteur électrique est augmenté jusqu’à atteindre une valeur de consigne déterminée par la gestion de la boîte. À ce moment-là seulement, la gestion de moteur reçoit l’autorisation de commander l’embrayage de découplage. La fermeture de l’embrayage qui s’ensuit fait en sorte que le V6 TSI est « tiré » par le moteur électrique. Dès qu’un certain régime est atteint, il y a injection et allumage et le démarrage a lieu. Une fois que le moteur à essence est en route, le couple du moteur électrique est réduit au fur et à mesure que le couple du moteur à combustion augmente. Dès que le transfert de la force au niveau de l’embrayage de découplage cesse, l’embrayage du convertisseur de couple est refermé. Cela semble compliqué, ça l’est, mais cela fonctionne parfaitement, vu que le conducteur ne se rend quasiment pas compte de tout ce processus. Comme il se doit !