Citroën et ses moteurs PureTech

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Les objectifs en matière de réduction de gaz à effet de serre à l’horizon 2020 impliquent le développement de nouvelles technologies.


 

Citroën C3 2013


Les motorisations représentent la pierre angulaire de cette réduction.

 


Le lancement d’une nouvelle génération de moteurs est aussi l’occasion d’intégrer de nombreux progrès, bénéfiques pour tous : respect de l’environnement, agrément d’utilisation et diminution des coûts à l’usage en sont les principaux.

Intégrant les dernières technologies disponibles, cette nouvelle famille de moteurs essence PureTech propose, comparativement à la génération précédente, des puissances comparables ou en hausse, liées à des consommations de carburant et émissions de gaz à effet de serre en forte baisse, de l’ordre de 25%.

Disponible sur plusieurs gammes de la Marque (CITROËN C3, DS3 et C-Elysée), cette nouvelle famille de moteurs est fabriquée sur le site de Trémery, en France.

Citroën DS3

Le cahier des charges de la nouvelle génération de moteurs PureTech, a imposé une véritable rupture en termes de conception mécanique.

En effet avec comme objectif une forte diminution des émissions polluantes et de la consommation de carburant, le projet devait également réduire la masse totale de l’ensemble tout en augmentant sa compacité.

Enfin, une puissance spécifique de 50 kW par litre finissait de décrire les contours du projet.

Plusieurs cylindrées différentes ont été développées et deux sont aujourd’hui proposées (ou commercialisées) : 1 litre et 1,2 litre avec des puissances comprises entre 68 et 82 ch CEE (50 à 60 kW).

Selon les modèles et les montes pneumatiques, les consommations en cycle mixte de cette nouvelle famille de moteurs sont comprises dans une fourchette de 4,3 à 4,6 l/100 km ce qui correspond à des émissions de CO2 de 99 à 107 g/km.

La diminution réalisée sur ces valeurs est de l’ordre de 25 % comparativement aux moteurs de la génération précédente.

 

DES PERFORMANCES ADAPTEES AUX ATTENTES

 

2 versions de la motorisation PureTech sont déjà disponibles :

 

PureTech VTi 68 : diminution de la consommation de 1,6 l aux 100 km

 

Proposée sur la C3, la version VTi 68 dispose d’une cylindrée de 999 cm3.

Sa puissance maximale, de 50 kW à 6000 rpm progresse de 6 kW (10 ch) par rapport à la motorisation remplacée de 1,1 litre de cylindrée.

Les progrès sont sensibles dans tous les domaines : + 8 km/h pour la vitesse maximale, amélioration de 2,3 s sur le 0 à 100 km/h, diminution de la consommation avec 4,3 l/100 km sur le cycle mixte, soit un gain de 1,6 l/100 km (– 27 %).

Et la baisse des émissions de CO2 est de 38 g pour atteindre 99g/_km.

 

PureTech VTi 82 : économie et prestations de haut niveau

 

Disponible sur les C3 et DS3, le moteur VTi 82 offre une cylindrée de 1199 cm3.

Sa puissance maximale ressort à 60 kW à 5750 rpm, soit un gain de 6 kW (9 ch) comparativement à la motorisation 1,4 litre remplacée.

Ici également, les progrès sont majeurs : + 11 km/h pour la vitesse maximale, diminution de 1,9 s sur le 0 à 100 km/h et réduction de la consommation de 1,5l/100km (– 25% par rapport à la génération précédente) pour atteindre 4,5 l/100 km. Les émissions de CO2 sont réduites de 35 g pour atteindre 104 g/km.

Citroën C Elysée

Una autre version de même cylindrée (VTi 72) est déjà disponible sur la nouvelle C-Elysée.

 

DES CARACTERISTIQUES QUI INTEGRENT LE MEILLEUR DE LA TECHNOLOGIE

 

La famille de moteurs PureTech intègre les technologies les plus modernes pour répondre au mieux aux attentes des utilisateurs :

  • Une distribution avec deux arbres à cames en tête, à quatre soupapes par cylindre, qui sont commandées directement au travers de poussoirs mécaniques, pour un meilleur remplissage et un meilleur rendement,
  • Un calage hydraulique variable en continu, pour les arbres à cames d’admission et d’échappement, pour plus d’agrément sur les bas et moyens régimes et une optimisation de la consommation,
  • Un confort vibratoire et un silence améliorés grâce à un arbre d’équilibrage contra-rotatif, sur la version VTi 82,
  • Une gestion électrique permettant d’optimiser la charge de la batterie avec un fonctionnement de l’alternateur, à roue libre, utilisé au maximum lorsqu’il ne nécessite pas de dépense d’énergie.

 

 

UNE APPROCHE POUR DES OBJCTIFS AMBITIEUX

 

Pour atteindre ces résultats, le développement a nécessité de multiples évolutions dont les principales sont les suivantes :

  • Réduction de la cylindrée (downsizing),
  • Choix d’un moteur à trois cylindres plutôt que quatre,
  • Réduction de la masse et amélioration de la compacité,
  • Diminution des frottements internes,
  • Optimisation de la combustion

52 brevets ont été déposés pour la réalisation de cette nouvelle génération de moteurs

  • 23 portent sur l’architecture moteur
  • 20 sur le contrôle moteur
  • 9 sur les procédés et outils de fabrication spécifique.

 

Le downsizing, avec une amélioration du rendement

 

Outre les gains apportés en matière de masse et de frottements, la technologie du downsizing permet de réduire de manière très sensible les consommations de carburant et les émissions de CO2.

Déjà appliquée avec succès sur plusieurs autres motorisations essence et Diesel de la Marque, elle trouve d’autant plus sa justification sur cette gamme de motorisations qui devient aujourd’hui la mécanique d’entrée de gamme.

Elle sera montée sur les véhicules les plus légers et donc les plus à même de réduire les moyennes des émissions de la Marque.

Pour maintenir un niveau de performances a minima au niveau des motorisations remplacées, une amélioration du rendement s’est avérée nécessaire pour compenser la diminution de la cylindrée.

 

Trois cylindres plutôt que quatre, pour des gains multiples

 

Le choix d’une motorisation à 3 cylindres plutôt que 4 présente de multiples avantages :

  • réduction des pertes par frottements,
  • diminution du nombre de pièces en mouvement,
  • réduction de la masse,
  • compacité

sont autant d’avantages qui permettent ici également de limiter la consommation de carburant.

 

Réduction de la masse, et meilleure compacité

 

Grâce à la réduction du nombre de cylindres, mais également à la redéfinition de plusieurs organes, la diminution de la masse, comparativement aux motorisations remplacées, est de 25 kg pour le moteur VTi 68, et de 21 kg pour la version VTi 82, soit une réduction supérieure à 20%, pour le moteur assemblé, sans ses accessoires (alternateur, démarreur, …).

Les culasses, en alliage léger, grâce à l’utilisation d’un procédé de fonderie spécifique – PMP ou procédé à moule perdu – bénéficient d’une intégration de différentes fonctions qui limitent tout à la fois la masse et l’encombrement.

Le collecteur d’échappement est directement intégré à la culasse, permettant une réduction du nombre de pièces et un allègement de la masse. Le module de sortie du circuit de refroidissement tout comme le support moteur supérieur, intégrés, font également partie des pièces qui sortent directement de la fonderie de Charleville.

Le carter cylindres, en alliage léger, allié à un travail de co-conception dès le lancement du projet, des équipes du design, de la fonderie et de l’usinage, et l’apport du numérique dans les domaines de la mécanique, de la thermomécanique et de l’acoustique, ont aussi permis la réduction de la masse et l’intégration de différentes fonctions. Réalisé en aluminium coulé sous pression, ce carter cylindres dispose de chemises qui sont insérées lors de la coulée réalisée à la fonderie de Mulhouse.

En matière de compacité, le gain est également important avec environ 100 mm de moins en largeur, 70 mm en hauteur, en y incluant les accessoires.

 

Une diminution des frottements et du nombre de pièces en mouvement

 

Les choix réalisés lors de la conception de la famille de moteurs PureTech ont amené à faire des aménagements sur plusieurs pièces majeures pour réduire les pertes mécaniques par frottement, qui représentent environ 20 % de la puissance consommée par un moteur.

Les principales pièces ou organes impactés sont le vilebrequin, par son dimensionnement et le désaxage des fûts des pistons.

Les axes de pistons, les segments et les poussoirs de la distribution sont munis d’un revêtement basse friction (DLC – Diamond Like Carbon) pour limiter les frottements.

La pompe à huile régulée, à cylindrée variable, permet de fournir de manière permanente la pression optimale en matière de lubrification. Les frottements liés au fonctionnement de cette pompe sont ainsi réduits de 30%.

La courroie de distribution, humide et intégrée dans un carter, a une durée de vie qui égale celle de la voiture. Cette technologie participe également au silence de fonctionnement.

Ces différentes améliorations font du moteur PureTech la nouvelle référence de la catégorie dans le domaine des frottements, avec une réduction globale de ceux-ci de l’ordre de 30%.

 

Une combustion optimisée pour une réduction de la consommation et des émissions

 

Le système de combustion, élément majeur en matière de consommation et d’émissions permet de tirer le meilleur parti des technologies embarquées par le moteur. Le choix du rapport entre l’alésage et la course a été déterminé pour optimiser le compromis entre d’une part, le rendement intrinsèque du système de combustion et d’autre part, les pertes par frottement du moteur.

L’aérodynamique interne (conduits d’admission, forme des têtes de piston et de la chambre de combustion avec un rapport volumétrique de 11 à 1) ont été optimisés pour permettre le fonctionnement du système de combustion avec de forts taux d’IGR (Internal Gas Recirculation ou recyclage des gaz résiduels) qui diminuent la consommation et les émissions de gaz polluants.

Pour diminuer le temps de montée en température du moteur, la technologie dite du « Split Cooling » est adaptée sur ce moteur. Dans un premier temps, moteur froid, les circuits de refroidissement du bloc cylindres et de la culasse sont séparés afin d’optimiser la montée en température de la mécanique.

Cela présente deux avantages :

  1. diminuer les émissions de CO2, plus élevées lorsque le moteur est froid.
  2. meilleure efficacité pour la mise en température de l’habitacle.

Pour une efficacité maximale, le catalyseur trois voies est implanté dès la sortie du moteur et est doté de deux sondes lambda.