Nouveau L200. Moteur Diesel MIVEC à faibles émissions

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1 Nouveau L200 Moteur Diesel MIVEC à faibles émissions Mitsubishi Motors Corporation considère qu il en va de sa responsabilité d offrir une gamme de véhicules avec le plus faible impact environnemental possible, quel que soit leur segment, depuis les citadines jusqu aux pick-up D où le développement précurseur de véhicules électriques (EV) et hybrides rechargeables (PHEV). D où les efforts considérables menés dans les domaines de l aérodynamique et de la réduction de masse. D où le développement d une toute nouvelle famille de moteurs MIVEC Diesel, dont le nouveau L200 est le dernier bénéficiaire en date, avec la version «4N15» de 2,4 L. Initialement annoncé le 20 juin 2006, puis aperçu à travers le Concept-cX en septembre 2007 (1,8 L) et finalement confirmé avec le Concept-ZT en octobre 2007 (2,2 L), «4N1» - un travail conjoint entre Mitsubishi Motors Corporation et Mitsubishi Heavy Industries, Ltd (MHI) - est une famille à haut rendement de moteurs quatre cylindres et seize soupapes Diesel en aluminium avec double arbre à cames en tête (DOHC), rampe commune, injection directe, se caractérisant par le plus faible taux de compression de l industrie (15,5:1 pour la version 2,4 L du L200).

2 Lancé en 2010, il était principalement disponible sur l ASX, l Outlander et maintenant sur le tout nouveau L200. MIVEC + Diesel = première mondiale La dernière évolution d une longue tradition de moteurs Diesel chez Mitsubishi qui trouve ses racines en 1931 dans le «450AD», le premier Diesel à avoir été développé au Japon pour des véhicules à moteur Cette famille «4N1» bénéficie d un certain nombre de technologies innovantes brevetées, dont celles issues du développement de la famille «4B1» de moteurs essence de MMC, ainsi que les caractéristiques de combustion à haut rendement tirées de l application des technologies analytiques de MMC et MHI. De toutes ces technologies, l une des plus importantes est le système de distribution variable breveté par Mitsubishi (une première sur des moteurs Diesel de pick-up) qui a permis aux ingénieurs de MMC d atteindre leur objectif du plus faible taux de compression possible avec tout ce qui en découle en termes d avantages pour le client. Une approche originale D une importance stratégique en Europe, l onctueux moteur Mitsubishi «4N1» Diesel MIVEC est le résultat d une approche innovante des questions liées au Diesel, appliquées aux véhicules légers à haut rendement, qu il s agisse de voitures de tourisme, de SUV ou de pick-up. Libérés de conventions ou de traditions d ingénierie internes, les ingénieurs de Mitsubishi ont transformé ce défi en opportunité, partant d une feuille blanche et se posant quelques questions simples :! Notre savoir-faire dans la technologie des moteurs essence peut-il s appliquer à des groupes motopropulseurs Diesel?! Puisque nous connaissons les spécificités de cette technologie, pourquoi ne pouvons-nous toujours pas réaliser un moteur Diesel aussi proche que possible d un moteur essence?

3 ! Les technologies des moteurs essence peuvent-elles participer à la création d une nouvelle génération de moteurs Diesel «propres»? La réponse à ces questions a donné naissance à «4N1» : une famille de moteurs compacts et légers délivrant de hautes performances, des consommations et des niveaux d émissions réduits, associés à un grand potentiel de développement. Durant ce développement innovant, MHI a fourni, entre autres, une expertise d ingénierie accumulée grâce à son expérience dans les moteurs Diesel de l industrie et de la marine, ainsi que les turbines à gaz. En particulier, les ingénieurs de MHI ont reçu des cahiers des charges spécifiques dans les domaines du moulage sous-pression (bloc-cylindres en aluminium), du transfert thermique (pour la culasse) et de la combustion, en utilisant la «Mécanique des Fluides Numérique» (MFN ou CFD pour Computational Fluid Dynamics en anglais). La MFN est un outil sophistiqué utilisé dans l industrie aéronautique dont le but est de modéliser et d analyser différentes configurations dynamiques (ou, dans ce cas, thermodynamique) avant de lancer les essais «grandeur nature». Ainsi la MFN permet de réduire le temps de développement et les coûts d investissement tout en augmentant la précision de la conception. Plus léger, plus efficace Revenons aux bases : un moteur Diesel exploite la chaleur dégagée lors de la compression pour amorcer «l allumage» qui va brûler le carburant injecté dans la chambre de combustion lors de la dernière étape de compression. A cause du très haut taux de compression requis par ce processus, les moteurs Diesel présentent le plus haut rendement thermodynamique de tous les moteurs à combustion interne, ce qui entraîne des consommations moindres et, logiquement, des émissions de CO 2 plus faibles. Cependant, pour supporter les pressions nominales de fonctionnement provoquées par le taux de compression élevé et le couple important généré par le vilebrequin, les moteurs Diesel nécessitent des composants plus lourds et plus résistants que leurs homologues essence. En conséquence, la solution logique pour réduire les forces mises en jeu à l intérieur du bloc consiste à réduire le taux de compression. En retour, cela allègerait la structure, en la rapprochant de celle d un moteur essence, un principe que les ingénieurs de Mitsubishi ont décidé d appliquer à la famille «4N1». Son taux de compression très faible (pour un moteur Diesel) est devenu sa principale caractéristique :! 14,9:1 pour le 1,8 L «4N13»! 14,9:1 pour le 2,2 L «4N14»! 15,5:1 pour le 2,4 L «4N15», qui équipe le nouveau L200

4 Ces faibles taux représentaient l un des objectifs majeurs des ingénieurs de MMC et MHI afin d atteindre un excellent niveau d isolation acoustique et vibratoire, de faibles émissions, une fiabilité record, un haut niveau de confort et d agrément de conduite, quelle que soit la cylindrée (1,8, 2,2 ou 2,4 L). De ce fait, en partageant son architecture de base avec les moteurs essence «4B1» de MMC, tout en demeurant le fruit d un développement spécifique au Diesel, la famille «4N1» affiche, entre autres :! un bloc-moteur ultra-léger. Fabriqué en aluminium moulé sous pression, il est environ 10 kg plus léger qu un bloc en fonte. Il peut supporter les hautes températures et les importantes forces développées à l intérieur d un moteur Diesel, grâce à des procédés élaborés de conception et usinage assistés par ordinateur, conduits conjointement avec MHI, qui a aussi contribué à une amélioration significative de la qualité de moulage.! Par-dessus, les ingénieurs de MMC ont repris le même concept de couvre-culasse en plastique des «4B1». Développé par Mahle pour MMC, cet élément est 50 % plus léger (1 kg contre 2 kg pour la même pièce en aluminium) avec des avantages supplémentaires en termes d économie de carburant et de stabilité de conduite. Cette similarité avec l architecture des moteurs essence de MMC confère des avantages évidents, notamment en termes de temps de développement (environ trois ans entre les premières études techniques et le lancement en production du premier 4N13 en avril 2010). De plus, l adoption d une configuration «carrée» avec un alésage et une course presque égaux se traduit par des bielles et des pistons plus courts et plus légers et donc une réduction de masse. Evidemment, toutes ces réductions de masse profitent à la consommation de carburant et donc aux émissions, mais aussi au comportement routier puisque le train avant est allégé. Distribution variable MIVEC Adopter une structure plus légère permet de diminuer le taux de compression, mais comment conserver suffisamment de compression pour amorcer l allumage? C est là que le MIVEC entre en jeu L existence de la famille 4N1 doit beaucoup à l implémentation d une autre technologie brevetée par Mitsubishi Motors : le MIVEC («Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system» ou «Système innovant de contrôle électronique de la distribution variable de Mitsubishi»).

5 A l époque des premiers développements de la famille «4N1», le MIVEC était la meilleure alternative pour permettre d atteindre l objectif de faible taux de compression visé par les ingénieurs de MMC et MHI, étant lui-même à la base des performances architecturales et dynamiques de ce moteur. Agissant sur la distribution dans le cas du Diesel, le MIVEC fait varier la synchronisation, la levée et la durée d ouverture des soupapes en utilisant deux profils d arbres différents. Cette idée a pour but de mieux gérer l admission d air afin d augmenter le rendement et la puissance, sur une plus large plage de régime moteur, même avec un taux de compression aussi faible, en favorisant bien sûr les économies de carburant et des réductions d émissions. Ceci s avère particulièrement vrai pour les moteurs Diesel dont la plage de régime moteur est plus limitée que celle des moteurs essence. C est encore plus le cas avec des moteurs Diesel à faible taux de compression, non seulement pour compenser l écart de compression par rapport à un moteur «traditionnel» mais aussi lorsqu il faut faire face à :! un démarrage à froid! la stabilité de combustion et les problèmes d isolation acoustiques et vibratoires associés. Dans ces deux cas, le MIVEC se montre utile :! en avançant la fermeture des soupapes d admission pour améliorer le taux de compression effectif,! en réduisant la levée d une soupape d admission pour obtenir un tourbillon plus important (afin d améliorer le mélange et la combustion), contrôler la température interne du cylindre à la fin de la compression (pour éviter la surproduction de NOx ) et aussi contrôler les flux à l intérieur du cylindre. Et en plus A l heure actuelle, le MIVEC reste l élément clef qui confère à la famille 4N1 ses performances, mais il n est pas le seul.

6 Gérer l admission d air est une chose, obtenir les bonnes caractéristiques de combustion en est une autre. D autres éléments entrent alors en jeu :! La forme de la chambre de combustion en fait partie, afin de brûler le mélange aussi complètement que possible, mais aussi pour éviter les températures excessives et donc la création de NOx. Dans le cas de la famille 4N1, les ingénieurs de Mitsubishi ont opté pour une coupelle peu profonde sur la partie supérieure du piston et une bouche d admission étroite pour améliorer la consommation de carburant et le déclenchement de la combustion.! Le processus d injection est un autre facteur. Pour leur nouveau moteur Diesel, ils ont choisi : - une rampe d injection commune à 2000 bars plutôt que les 1800 bars fréquemment utilisés pour parvenir à une meilleure atomisation du gazole injecté, - une séquence d injection optimisée en trois phases : -> injection pilote -> pré-injection -> injection principale! Le MIVEC et les possibilités qu il offre en termes de gestion d admission d air : à pleine charge, on atteint un excellent niveau de puissance et de couple grâce à 1) l importante levée des soupapes d admission et 2) l angle large de fonctionnement des soupapes à haute vitesse.! Une admission dont la conception est similaire à celle d un moteur essence.! Un turbocompresseur à géométrie variable (TGV), comprenant une ailette de compresseur avec une large plage d utilisation, permet d obtenir un meilleur rendement à haute vitesse. A titre de rappel, la technologie de TGV vise à obtenir une géométrie optimale à basse et haute vitesse, un gage de rendement, surtout en ce qui concerne les gaz d échappement et la réactivité. Dans le cas de la famille «4N1» de MMC, l adoption d une hélice de compresseur à huit ailettes (contre douze sur un modèle conventionnel) avait pour but d élargir la plage de fonctionnement du compresseur et donc l efficacité de la suralimentation. De plus, le turbo compact TF035 de Mitsubishi Heavy Industries adopté pour la famille 4N1 permet d améliorer de 10 % le moment d inertie en rotation du compresseur et de la turbine. En parallèle, la capacité variable de la turbine se traduit par une réponse rapide en accélération et une pression de boost optimale sur toute la plage de régime du moteur afin d offrir des performances dynamiques et de faibles émissions.

7 Souple et silencieux Si le 4N15 est léger et peut fonctionner efficacement avec son faible taux de compression de 15,5:1, comment peut-il rester silencieux et dépourvu de vibrations, loin du cliquètement traditionnel d un Diesel? En résumé, quatre domaines séparés ont été explorés :! Le taux de compression : à 15,5:1, il est évident qu un si faible niveau de contraintes contribue pour beaucoup aux performances acoustique et vibratoire globales.! La combustion : grâce à la combinaison du MIVEC + les chambres de combustion peu profondes + l injection en plusieurs étapes + la pression de 2000 bars dans la rampe commune + l électronique de contrôle sophistiquée, le cliquètement du Diesel (qui, à la base, est un bruit de combustion) a été grandement réduit. A titre d exemple, la première injection pilote de gazole dans la chambre amorce la combustion, mais aussi réduit l explosivité et les vibrations qu elle pourrait causer.! Le décalage de vilebrequin : pour minimiser les contraintes parasites induites par les pistons, le vilebrequin est décalé de 15 mm pour réduire les émissions de CO 2 tout en délivrant plus de puissance et en améliorant l isolation acoustique et vibratoire pour un fonctionnement plus souple, quel que soit le régime du moteur. Grâce à la simulation de mouvement assistée par ordinateur, la structure de décalage des cylindres a été optimisée, diminuant de 20 % les pertes par frottements liées aux pistons, avec des gains supplémentaires en termes d économie de carburant.! La chaine de distribution silencieuse : pour réduire les bruits de la distribution.! L arbre d équilibrage : dans la droite lignée de la technologie lancée (en première mondiale) en 1975 avec son «Arbre Silencieux» équipé de moteurs Astron et conçu pour réduire les vibrations des moteurs de grosse cylindrées (en particulier les quatre cylindres), MMC étend désormais son expertise dans le domaine en introduisant un arbre d équilibrage pour le gros moteur Diesel 2,4 L du L200. «Automatic Stop & Go» (AS&G) Le 4N15 de Mitsubishi sera soutenu dans sa mission environnementale par l adoption (selon les modèles et les marchés) du système AS&G de Mitsubishi, un équipement rare sur le segment des pick-up. En résumé :! L «Auto Stop & Go» arrête et redémarre le moteur automatiquement sans tourner la clef de contact quand le véhicule est arrêté (à un feu rouge par exemple).

8 ! Concrètement, quand le véhicule s arrête, que l embrayage est relâché et que le levier de vitesses est au point mort, le voyant au tableau de bord s allume et le moteur se coupe automatiquement. Pour le redémarrer, il suffit d appuyer sur l embrayage pour engager un rapport.! L Auto Stop & Go s active automatiquement quand la clef de contact est sur «ON». Le système sera en mesure d arrêter et redémarrer le véhicule environ trois minutes après le premier lancement du moteur.! Un interrupteur au tableau de bord permet au conducteur de désactiver le système s il le souhaite, par exemple dans le cas d un embouteillage avec des arrêts et redémarrages à répétition.! Le principe de l «Auto Stop & Go» consiste à s adapter aux besoins du véhicule (par exemple l apport d énergie). Cela signifie que dans certaines circonstances, le moteur ne s arrêtera pas (température extérieure sous les 3 C, vitesse du véhicule inférieure à 5 km/h après le redémarrage automatique, etc.) et, dans d autres circonstances, il redémarrera tout seul.! L «Auto Stop & Go» est actif par défaut : chaque fois que la clef de contact est sur «LOCK» après avoir conduit et déconnecté le système, celui-ci sera réactivé automatiquement la prochaine fois que la clef sera tournée sur «START».! La souplesse inhérente au faible taux de compression du moteur Diesel 4N15 MIVEC contribue à des cycles arrêt/démarrage/arrêt tout aussi doux, sans retard entre l arrêt et le démarrage.! Afin de faciliter les démarrages à froid, le nouveau L200 dispose aussi d une batterie de plus grande capacité.