Technique

A gauche: 4 cylindres 1.5L. A droite: moteur électrique.

Au cœur du système Hybrid Synergy Drive de Toyota se trouve un séparateur de couple à planétaires (PSD pour « power splitting device »). Sa fonction est de répartir le couple entre trois composants fondamentaux :

• le moteur thermique à combustion interne (ICE pour Internal Combustion Engine),
• le moteur/générateur MG1 rechargeant la batterie en utilisant le couple moteur ; il fonctionne aussi comme démarreur,
• le moteur/générateur MG2 rechargeant la batterie en utilisant l’énergie cinétique de la voiture ; il fonctionne également bien évidemment comme moteur électrique pour faire avancer la voiture, soit seul, soit en conjonction avec le moteur thermique.

Grâce au PSD, l’Hybrid Synergy Drive peut concocter une large palette de cocktails entre l’énergie provenant de son réservoir d’essence (par le truchement de son moteur thermique), l’énergie électrique stockée temporairement dans ses batteries, et l’énergie cinétique récupérable en décélération. Pour mieux comprendre l’action du PSD, visionnez l’excellente animation flash d’Alex Hart.

L’Hybrid Synergy Drive est ainsi un système qui permet de fonctionner en mode thermique, en mode électrique ou en mode combiné, à la différence du système Honda de la Civic qui, lui, ne peut pas fonctionner en mode purement électrique. Tout ceci ne doit pas être confondu avec les voitures hybrides rechargeables (« plug-in hybrid ») en préparation chez certains constructeurs (GM avec la Chevy Volt, Toyota avec une évolution possible de la Prius mk III) et qui offriront la possibilité de recharger des batteries de technologie Lithium Ion pendant la nuit et de rouler 100% électrique jusqu’à l’épuisement de leur capacité.

Le bloc de 28 modules de batteries NiMH logé sous le coffre, au dessus du train arrière.

En plus d’une batterie 12V conventionnelle au plomb destinée à alimenter les périphériques usuels, la Prius cache dans son coffre 28 modules de 6 cellules Nickel-Metal Hydride (NiMH) avec une capacité totale de 6.5 Ah et une tension nominale de 201.6 Volts (28x6x1.2 Volts). La tension peut varier entre 302 Volts (charge maximale) et 126 Volts à faible température et décharge complète. Des batteries chouchoutées, ventilées, auscultées par 3 thermistors (un quatrième mesure l’air ambiant) et surveillées par une unité de gestion dédiée. L’ensemble ne pèse que 37.5 kg pour remplir sa fonction de réservoir temporaire. A titre de comparaison, une grosse batterie automobile conventionnelle contient une charge nominale de 74 Ah sous 12 Volts, soit environ les deux tiers de l’énergie stockée dans le coffre de la Prius.

Le réservoir souple dans son compartiment (découpé)

Les curiosités techniques ne s’arrêtent pas là. Toyota a doté la Prius d’un réservoir souple (bladder en anglais) protégé par une enveloppe rigide. Cette solution diminue l’évaporation, diminuant autant la consommation que le rejet d’hydrocarbures imbrûlés dans l’atmosphère. Solution intéressante mais qui n’est pas sans défauts, le premier étant de rendre la jauge notoirement imprécise, un comble pour une voiture où la conso est le leitmotiv. L’expansion du carburant avec la température peut également provoquer des déchirures de l’outre, il est fortement conseillé de s’arrêter au premier déclenchement du pistolet. Les mesures de consommation sont naturellement affectées par l’augmentation de la quantité ingérée par le réservoir, l’écart entre les valeurs affichées et ma feuille de calcul furent parfois significatifs. A long terme, les valeurs convergent inéluctablement, l’ordinateur de bord limitant son optimisme à un modeste +2%.

Le moteur 4 cylindres de 1497 cm3 est du type Atkinson (version atmosphérique du cycle Miller), parfois appelé un moteur à cinq temps. Par rapport à un quatre temps conventionnel, les soupapes d’admission sont gardées ouvertes pendant une partie de la phase de compression, refoulant une partie du mélange dans les conduits d’admission. Le taux d’expansion est ainsi supérieur au taux de compression. Le rendement thermodynamique est meilleur car il utilise mieux la chaleur disponible pour comprimer le mélange. Le rendement volumique est par contre plus faible que sur un moteur quatre temps classique (78ch pour 1.5 litres).

30 minutes d’historique de conso (barres jaunes) et de récupération (voitures vertes).

La température extérieure influe sur la consommation, avec un optimum autour d’une vingtaine de degrés. Plus froid et le temps de chauffage du moteur prétérite le rendement énergétique. Plus chaud et l’utilisation de l’air conditionné et le rendement des batteries ont un impact (référence). La gomme et la pression des pneus est également un contributeur significatif, beaucoup d’enthousiastes roulent d’ailleurs avec des pneus surgonflés à 44/42 PSI (3 bars à l’avant, 2.9 à l’arrière) au lieu de 35/33 (2.4/2.3) recommandés pour les Goodyear Integrity. Notre voiture a d’ailleurs été livrée par le concessionnaire avec ces pressions.