Le nouveau moteur Scania - la technologie à son apogée

La nouvelle plateforme moteur de Scania offre une disponibilité accrue, une plus grande longévité, un entretien et un poids réduits. C’est le cœur de la nouvelle chaîne cinématique qui permet d’économiser au total jusqu’à 8 % de carburant. Cela peut paraître contradictoire, mais ce n’est pas le cas ; tout est question de savoir-faire et de détermination. Magnus Henrikson, ingénieur en chef des moteurs en ligne Scania, nous présente les détails des principales solutions techniques. Avec quatre moteurs différents et deux boîtes de vitesse Opticruise au choix, les meilleurs camions du marché s’améliorent encore.

« Développer une nouvelle plateforme moteur de cette envergure était la chance de toute une vie pour la plupart des ingénieurs de plateforme moteur », explique Magnus Henrikson, ingénieur en chef et en charge de mener le processus de développement sur cinq ans. « Dans l’équipe, nous étions chargés de développer une plateforme moteur basée sur la philosophie des bas régimes portée par Scania, capable d’aller au-delà des législations à venir et de surpasser la concurrence pour le reste de cette décennie. À mon humble avis, nous avons atteint notre objectif. »

Développer une nouvelle plateforme moteur thermique de ce type à partir de zéro demande de mobiliser beaucoup de connaissances existantes, alliées à une manière innovante de résoudre les problèmes. Certains objectifs sont évidents, comme le poids réduit, mais pendant le processus de développement des milliers de décisions, qu’elles soient importantes ou anodines, ont contribué à la réussite du résultat final. Et les ingénieurs de Scania ont dû se lancer avec une référence de taille : l’actuelle plateforme DLU de Scania a fait ses preuves auprès de nombreux clients à travers le monde et a passé avec succès des centaines d’essais dans les médias.

« Nous savions dès le départ que le double arbre à cames en tête (DOHC) combiné à la culasse à quatre soupapes par cylindre et le système SCR uniquement étaient nécessaires », explique M. Henrikson. « Avec la solution DOHC en place, nous avons pu développer le frein à compression optionnel au niveau de performance attendu. Et le pilotage précis des soupapes par les arbres à cames en tête est aussi un incontournable pour le système évolué Twin SCR Scania à double dosage d’urée. »

Aucun élément de la gamme actuelle n’a été réutilisé sur la nouvelle ; tout a été entièrement révisé et devait être parfait dès le départ, avec de nouveaux injecteurs et une pompe à carburant optimisée. Le cœur même du moteur, le vilebrequin, a vu son poids et sa résistance optimisés pour renforcer son efficacité et sa durabilité. La nouvelle plateforme de Scania a été conçue et fabriquée grâce aux dernières technologies ; sa durée de vie technique a augmenté de 30 % par rapport aux générations précédentes et ce, malgré des besoins d’entretien réduits.

La cylindrée est de 12,74 litres et le taux de compression de 23:1, ce qui signifie aussi que l’admission et l’échappement ont aussi une importance pour ces moteurs très performants. La « respiration » est cruciale aussi bien pour le rendement que pour la puissance de sortie réelle. Sur ces nouveaux moteurs, Scania a parfaitement ajusté les soupapes d’admission et d’échappement afin d’assurer le bon fonctionnement du moteur. Le turbo lui-même et l’interface avec le collecteur ont été optimisés pour les mêmes raisons. La pression maximale à l’intérieur des cylindres lors de la course de combustion s’élève désormais à 250 bars ce qui, associé aux injecteurs optimisés, garantit une exploitation optimale et complète de l’énergie du carburant.

Mais en optimisant le moteur à combustion interne pour augmenter son efficacité énergétique et sa puissance de sortie, le risque est  d’influer  sur  les émissions de NOx. En effet, des pressions de combustion et des températures trop élevées peuvent entraîner des niveaux de NOx inacceptables. Comment Scania est-elle parvenue à résoudre cette contradiction ?

« Notre système Twin SCR Scania, présenté pour la première fois sur le nouveau moteur V8 en 2020, résout ce problème de manière très efficace », explique M. Henrikson. « En injectant une première dose d’AdBlue au niveau du turbocompresseur via le couplage direct, immédiatement après le clapet du frein sur échappement, là où les gaz d’échappement sont encore très chauds, nous augmentons considérablement le rendement global du système de post-traitement. La seconde dose est ensuite injectée à l’endroit habituel, à l’intérieur du système de post-traitement. Ainsi, le but est atteint puisque le niveau maximum d’émissions de NOx a déjà été réduit. Le filtre à particules, qui est placé entre les deux catalyseurs SCR, est régénéré sans avoir besoin d’injecter d’autres doses de carburant dans le circuit de gaz d’échappement. Le système Twin SCR de Scania est un moyen ingénieux d’utiliser le plus efficacement possible l’énergie du flux de gaz d’échappement. »

D’ailleurs, on peut dire que le système Twin SCR de Scania est à lui seul à l’origine des impressionnantes économies de carburant des nouveaux moteurs Scania. Il repousse les limites de la quantité d’énergie que les moteurs modernes, propres et durables peuvent extraire du carburant tout en restant conformes aux législations relatives aux émissions de NOx.

Pour certaines opérations, ces moteurs atteindront en effet un niveau de rendement thermique supérieur à 50 %, ce qui est considérable. Le nouveau système de post-traitement est une solution compacte tout-en-un qui offre davantage de flexibilité en termes de position et de directions de sortie. Cette caractéristique sera particulièrement appréciée par les carrossiers en quête de plus d’espace sur les parois latérales du cadre.

« Nous sommes convaincus que le nouveau système de post-traitement doté de la solution Twin SCR Scania suscitera beaucoup d’intérêt au sein de notre industrie », déclare M. Henrikson. « Il améliore le rendement des moteurs à combustion interne de Scania et garantit qu’ils sont conformes, voire dépassent les normes actuelles et futures d’émissions dans le monde entier, pour les années à venir. »

Les moteurs modernes comme les nouveaux Scania utilisent des huiles performantes à haute durée de vie ainsi que des systèmes auxiliaires débrayables afin de réduire les pertes. Mais la conception fondamentale doit aussi faire en sorte de générer le moins de frottements internes possible. Dans la nouvelle gamme de moteurs, les ingénieurs de Scania ont mis à profit tout leur savoir-faire pour réduire les pertes parasites en optimisant les systèmes qui permettent au moteur de fonctionner en douceur et à des températures idéales.

« Tout a été conçu pour maintenir le niveau de frottement le plus bas possible, avec des surfaces lisses et des ajustages internes soigneusement optimisés », indique M. Henrikson. « Et le circuit de refroidissement permet de refroidir les emplacements appropriés au bon moment, ce qui est indispensable pour le bon fonctionnement du moteur et sa longévité. En maintenant la température de fonctionnement à des niveaux optimaux en fonction de l’exploitation réelle, nous nous assurons que nos moteurs fonctionnent comme prévu tout en préservant leur disponibilité, leur robustesse et une durée de vie inégalée. C’est ce que garantit Scania à ses clients. »

Les camions long courrier de Scania sont depuis longtemps équipés d’un système de ralentisseur auxiliaire optionnel. Cependant, cette nouvelle gamme de moteurs est aussi équipée du nouveau frein par compression (Compression Release Brake - CRB), le système de freinage auxiliaire disponible en option. Grâce à la technologie CRB, beaucoup de tracteurs routiers n’auront pas besoin de ralentisseur, tant qu’ils n’empruntent pas des routes trop pentues. C’est le cas de nombreux transporteurs routiers faisant partie de la clientèle de Scania en Europe.

« Les ralentisseurs seront toujours nécessaires pour les transports plus critiques de charges plus lourdes », explique M. Henrikson. « Je pense pour ma part que bon nombre de nos clients veulent toujours en avoir un sur leurs camions, quel que soit son type d’exploitation réel. Cela garantit des marges de sécurité supplémentaires, un entretien réduit et une valeur résiduelle plus élevée. »

D’ailleurs, un camion doté de l’un des nouveaux moteurs peut être équipé en combinaison d’un frein sur échappement traditionnel (clapet dans le collecteur d’échappement), du nouveau système CRB ainsi que du ralentisseur (débrayable) R4700D, permettant de créer un système de freinage auxiliaire hybride doté d’une capacité remarquable pour les opérations difficiles.

La philosophie des bas régimes de Scania est réputée dans l’industrie des transports.
Un camion capable de rouler en croisière à un peu plus de 900 tr/min consommera la plupart du temps moins de carburant. Avec sa nouvelle gamme, Scania va encore plus loin : la chaîne cinématique est réellement considérée comme une entité intégrée dans laquelle le moteur, le système de post-traitement, la boîte de vitesses et le pont travaillent en équipe, pilotés par des systèmes de gestion dotés de capacités de traitement uniques.

À cette fin, Scania présente aujourd'hui un nouveau pont arrière équipé de rapports de réduction longs. Le plus rapide est le 1,95:1. En revanche, la plupart du temps, le camion essaiera d’enclencher le douzième rapport, puisque qu’il s’agit de la prise directe et donc celui qui offre le moins de pertes de transmission. L’overdrive n’est enclenché que lorsque les conditions sont favorables. Ce qui veut aussi dire que le camion opérera plus de changements de rapport que ce que les conducteurs ont l’habitude de faire, afin d’optimiser l’économie de carburant.

« Avec le lancement du nouvel Opticruise Scania l’année dernière, nous bénéficions de nouvelles possibilités », explique M. Henrikson. « Il offre un plus vaste étagement, un douzième rapport en prise directe ainsi qu’un vrai rapport supérieur surmultiplié, ce qui nous permet de diminuer davantage le régime moteur en vitesse de croisière. En le combinant avec la démultiplication rapide du pont arrière, économiser 8 % de carburant est possible. »

Le premier membre de la nouvelle gamme de ponts est le R756, qui sera disponible dans huit rapports différents, la version la plus rapide étant de 1,95:1. Grâce au large étagement des boîtes de vitesses G25 et G33, la capacité de démarrage est bonne avec ces rapports rapides. Mais les facteurs opérationnels (comme le PTR moyen et l’état des routes) doivent évidemment être pris en compte lorsqu’il s’agit de spécifier un camion avec Scania.

L’année dernière, Scania a présenté une nouvelle gamme de boîtes de vitesses appelées à remplacer à terme toutes les solutions automatisées Opticruise Scania actuelles. La G33CM était le premier membre de la nouvelle gamme, à présent rejoint par la G25CM, une version destinée aux opérations plus légères. Elle seront toutes les deux associées aux nouveaux moteurs Scania : grâce à leurs excellentes capacités, toutes les boîtes de vitesses Opticruise Scania jouent un rôle majeur dans la performance globale de la nouvelle chaîne cinématique.

« Les G25 et G33 ont été l’une comme l’autre indispensables pour atteindre les résultats que nous avons obtenus », explique M. Henrikson. « Les boîtes de vitesse Opticruise Scania sont des éléments essentiels, grâce à leur étagement, de cet ensemble avec le couple moteur à bas régime et les rapports de pont rapides. »

Les boîtes de vitesse manuelles automatisées connues sous l’appellation Opticruise Scania ont vu le jour dans les années 1990. La dernière génération, représentée au départ par la G33CM, est plus légère d’environ 60 kg que les anciennes, principalement en raison des carters tout aluminium et de l’encombrement réduit. Une autre réussite clé est la réduction du bruit, condition préalable au respect des futures réglementations.

Tout comme avec la nouvelle gamme de moteurs, les intervalles de vidange d’huile ont été considérablement allongés, grâce à une meilleure précision, à l’utilisation de filtres à huile plus gros et d’une huile de qualité supérieure. La nouvelle gamme de boîtes de vitesses Opticruise Scania a déjà conquis les clients et les médias. Pendant ses premiers mois de mise en service (à l’automne 2020), une G33CM a été utilisée lors de deux essais comparatifs et a dû faire face à une rude concurrence. Dans les deux cas, notre boîte de vitesses a fait ses preuves de manière éclatante et a remporté tous les suffrages pour ses changements de rapport rapides et son transfert d’énergie presque sans heurt.

Les moteurs diesel modernes de Scania comme ceux de la nouvelle gamme délivrent leur couple maximal quelques centaines de tours par minute au-dessus du régime de ralenti. Et la montée du couple depuis le régime de ralenti est rapide. Leur couple massif signifie également que ces moteurs présentent une endurance extrême : ils fournissent constamment et sans effort le couple et la propulsion exigés à des régimes où les moteurs d’anciennes générations auraient été obligés depuis longtemps de rétrograder sur le rapport inférieur pour se reprendre.
Qu’est-ce que cela signifie pour les clients de Scania ?

La réponse la plus simple est que moins de tours par minute implique moins d’injections de carburant (puisqu’un moteur à quatre temps nécessite une injection de carburant tous les quatrième temps). Et lorsque vous associez l’endurance exceptionnelle des nouveaux moteurs à la nouvelle boîte de vitesses, au nouveau système de post-traitement et aux nouveaux ponts arrière, vous obtenez un excellent rendement en termes de carburant puisque tous ces éléments travaillent de concert et qu’ils sont contrôlés et gérés électroniquement en parallèle.

Ce qui veut dire qu’un ensemble tracteur + remorque de plus de 40 tonnes pourra rouler en régime de croisière sur le douzième rapport en prise directe la plupart du temps lorsqu’il est chargé. C’est possible grâce : 1) au couple moteur ; 2) aux pertes de transmission réduites en prise directe ; et 3) au rapport rapide de pont arrière (rendu possible grâce au vaste étagement des boîtes de vitesses Opticruise Scania). Et lorsque le camion transporte une charge plus légère ou roule à vide ou encore circule en descente sur une pente légère, la philosophie des bas régimes peut aller encore plus loin en enclenchant l’overdrive au-dessus du 12e rapport en prise directe.