La technologie derrière le moteur à gaz naturel XCursor 13 de FPT Industrial

XCursor 13 NG est adapté aux camions lourds et aux applications de bus interurbains (Photo : FPT Industrial)

Faisant partie du groupe Iveco, FPT Industrial fabrique des moteurs, des transmissions et des essieux utilisés dans les différentes divisions de l'entreprise et livrés également à des clients tiers. Sa gamme de produits couvre un large éventail d'applications routières et tout-terrain, des camions, des bus et des tracteurs aux modèles de production d'énergie et marins.

Selon Andrea Abbà, chef de produit pour le portefeuille routier, l'entreprise propose désormais une gamme de moteurs compatibles avec divers carburants alternatifs, dont le gaz naturel. « Nous proposons une gamme complète de moteurs au gaz naturel, de 3 à 13 litres. Ils conviennent à une grande variété d'applications pour camions et autobus, des camions légers aux poids lourds, en passant par les minibus, les autobus urbains et les autocars interurbains. Je dirais que nous proposons la gamme de moteurs au gaz naturel la plus large du marché. »

Interrogé sur la question de savoir si la gamme de moteurs au gaz naturel (GN) répond à la demande des clients ou à une volonté de soutenir la vaste gamme de véhicules produits par Iveco, il répond que cela est dû aux deux facteurs. « Nous livrons Iveco et les marques du groupe Iveco, ainsi qu'à des clients tiers produisant des modèles routiers et tout-terrain », explique-t-il.

Moteurs à gaz naturel

L'histoire de FPT Industrial avec les moteurs à gaz remonte à 1997, soit plus longtemps que celle de la plupart des entreprises produisant des moteurs avec des systèmes d'alimentation similaires. Abbà affirme que depuis lors, l'entreprise a vendu plus de 100 000 unités de ses moteurs au gaz naturel.

C'est en 2018 que l'entreprise a dévoilé son concept Cursor X, une gamme de moteurs modulaires qui comprendrait ensuite des versions diesel et gaz naturel ; une variante à hydrogène est également prévue. Le « X » du nom du concept – et celui qui apparaît sur les derniers modèles – agit comme une variable, soulignant la capacité multicarburant de la gamme de moteurs.

La version de série du XCursor 13 monocarburant et multicarburant a été dévoilée au salon IAA Transportation en 2022. D'une cylindrée de 12,9 litres, ce moteur a d'abord été lancé en version diesel ; il peut également fonctionner au HVO/diesel renouvelable et au biodiesel B7. Il a été suivi en 2024 par le XCursor 13 NG, capable d'utiliser du GNC (gaz naturel comprimé), du GNL (gaz naturel liquéfié) ou du biométhane sans aucune modification. Abbà souligne que l'utilisation du biométhane permettra de réduire les émissions de CO2 de près de 100 %.

Alors que le diesel utilise un système d'allumage par compression, le moteur au gaz naturel utilise un allumage commandé. Certains moteurs au gaz naturel utilisent l'allumage par compression, mais ils nécessitent généralement une gestion complexe du GNL, de l'urée (AdBlue) et du gazole, ainsi qu'une pompe cryogénique pour le réservoir de GNL et un système de post-traitement du gazole.

« L'allumage commandé est une solution que nous développons depuis longtemps », explique Abbà. « Il offre un excellent équilibre entre performances et rendement du moteur, ainsi qu'un excellent rapport coût-avantages. Nous avons une longue expérience de ce système, il est très fiable. »

Perte de poids

Le XCursor 13 NG a été spécialement conçu pour les poids lourds et les autocars interurbains ; les camions Iveco S-Way sont désormais disponibles avec ce moteur. La puissance de la version au gaz naturel est de 368 kW/500 ch avec un couple maximal de 2 200 Nm (une version développant 520 ch et 2 500 Nm pourrait encore être homologuée si la demande le permet). L'encombrement du moteur, tout comme son poids, indique également qu'il est destiné à des applications lourdes : le XCursor 13 NG pèse 1 050 kg.

« Nous avons beaucoup travaillé pour réduire le poids du dernier moteur par rapport à la version précédente », explique Abbà. « Nous avons réduit le poids total d'un peu plus de 100 kg, soit une réduction d'environ 10 %. Nous pensons que c'est une avancée importante. »

Les modifications apportées pour réduire le poids comprenaient un nouveau bloc moteur utilisant moins de matériaux. De plus, la culasse et le bloc en fonte ont été remplacés par une version plus légère en fonte à graphite compacté (CGI). Il s'agit d'un type de fonte dont le graphite présente des formes ondulées ou « vermiculaires », ce qui facilite le moulage et l'usinage de la pièce finie. La CGI offre également d'excellentes propriétés de transfert thermique.

Andrea Abbà, FPT Industrial

« Le CGI est plus résistant à la pression et à la chaleur, ce qui nous permet d'améliorer les performances mécaniques du moteur », explique Abbà. « [Le moteur] pèse environ une tonne, ce qui paraît lourd, mais il est parmi les meilleurs de sa catégorie sur le marché. »

Plus de nouvelles technologies

La gamme de moteurs remplacée par le dernier XCursor était connue sous le nom de Cursor. Les versions à gaz naturel de ce moteur utilisaient un turbocompresseur avec soupape de décharge mécanique, mais ce modèle a été modernisé pour intégrer un turbocompresseur avec soupape de décharge électronique.

« L'actionnement électronique de la soupape de décharge du nouveau turbo assure un mouvement plus précis », explique Abbà. « Cela améliore la réactivité du turbo et son temps de réponse, ce qui se traduit par un meilleur rendement. De plus, le turbo utilise un nouveau système de refroidissement par eau. Le gaz naturel génère des températures plus élevées que le diesel et ce nouveau système contribue à refroidir le turbo et l'air qui le traverse, ce qui améliore les performances du moteur. »

Un turbocompresseur performant peut contribuer à améliorer la puissance par rapport à un modèle atmosphérique, simplement parce que le moteur n'a pas à travailler autant pour fournir la même puissance. Cela dit, le XCursor 13 NG utilise également un catalyseur trois voies pour réduire les émissions du moteur.

« Le catalyseur trois voies est un standard pour les moteurs au gaz naturel », explique Abbà. « Depuis l'introduction du moteur GNV en 2024, nous avons également ajouté un filtre à particules GNV (PCF). Il est également de série, quelle que soit l'application. »

Autre nouveauté du XCursor 13 NG : le système de recirculation des gaz d'échappement (EGR). Ce système redirige une partie du flux d'échappement vers le collecteur, contribuant ainsi à abaisser les températures de combustion et à réduire les émissions de NOx. « C'est le seul moteur NG que nous produisons à utiliser un système EGR », poursuit Abbà. « Il contribue à réduire la charge thermique du moteur et lui permet d'atteindre des niveaux de performance et d'efficacité accrus. »

Le système d'injection directe multipoint a été repris du précédent moteur Cursor, mais Abbà affirme qu'il utilise désormais des injecteurs « à vie », ce qui signifie qu'ils ne devraient pas avoir besoin d'être remplacés pendant la durée de vie du moteur - le précédent Cursor 13 devait avoir ses injecteurs changés à des intervalles d'entretien spécifiés.

Parallèlement à la modernisation des injecteurs, la conception de la chambre de combustion a été modifiée afin d'éviter ce qu'Abbà appelle le « méga-cliquetis », où le mélange air/carburant s'enflamme prématurément. « La conception de la chambre de combustion améliore le mélange air/carburant pour éviter le cliquetis. L'allègement, le nouveau turbo, les modifications apportées à la chambre de combustion et d'autres caractéristiques ont permis d'améliorer la consommation globale de carburant du nouveau moteur de 8 % », explique-t-il.

Une compression élevée est une cause sous-jacente de cliquetis moteur. Pour éviter ce phénomène, le taux de compression du XCursor 13 NG est de 12:1, un taux relativement faible comparé à celui d'un moteur diesel, qui peut fonctionner entre 14:1 et 25:1.

Gestion du moteur

L'ECU, ou unité de contrôle du moteur, régule les différents systèmes du moteur, contribuant à soutenir la synchronisation entre les fonctions individuelles pour atteindre des performances globales optimales en termes de puissance, d'économie et d'émissions, tout en réduisant le bruit, les vibrations et la dureté.

Le camion Iveco S-Way HD est disponible avec un système de carburant GNL et un moteur XCursor 13 NG (Photo : Iveco)

Abbà précise que l'ECU du XCursor 13 NG est différent de celui de la version diesel. Le système intègre une toute nouvelle cartographie moteur qui, par exemple, peut détecter un risque de cliquetis et modifier les paramètres pour optimiser la combustion.

« Il s'agit d'un modèle de combustion complètement différent de celui du diesel, le moteur a donc besoin d'une unité de contrôle différente », explique Abbà.

L'intervalle d'entretien des moteurs au gaz naturel les plus récents est fixé à 100 000 km (environ 62 000 miles). Si les moteurs au gaz naturel ont généralement un intervalle plus court que leurs équivalents diesel, l'introduction d'une nouvelle huile moteur 0W 16 a permis d'allonger la durée d'entretien. En conclusion, Abbà souligne que la plupart des poids lourds roulent plusieurs jours à vitesse constante sur autoroute, ce qui est la solution la plus efficace en termes de consommation de carburant et de longévité globale du moteur. Cependant, le cycle de service réel du camion aura une influence majeure sur les besoins d'entretien.