Cummins met à jour le X15 pour les réglementations EPA 2027

Le nouveau moteur diesel X15 de Cummins est prêt à affronter les réglementations très strictes de l’EPA en matière d’émissions pour l’année 2027. L’entreprise affirme que le moteur répond non seulement aux exigences en matière d’émissions, mais qu’il est également plus léger que le moteur actuel, qu’il offre une économie de carburant jusqu’à 7 % supérieure et qu’il conserve sa puissance et son couple de 600 chevaux/2 050 lb-pi.

Le moteur lui-même est le fruit de plus de six ans de travail. Cummins affirme qu’il s’agit d’une conception propre basée sur l’héritage du X15 de 2017, soit la première année où Cummins a supprimé le «IS» dans la désignation ISX15. Ce moteur a fait un bond en avant par rapport aux versions précédentes.

En août, Cummins a permis aux journalistes de l’industrie de découvrir de plus près le 2027 X15 lors d’une conférence de presse organisée au siège de l’entreprise à Columbus, en Indiana.

«Nous investissons massivement dans notre nouvelle série de produits parce que les plateformes existantes n’étaient pas en mesure de répondre aux futures réglementations», a déclaré Jim Nebergall, directeur général de la stratégie de marché de Cummins. «Nous investissons maintenant pour aujourd’hui, demain et les 30 prochaines années.»

Les moteurs de la série X sont apparus pour la première fois en 1998, remplaçant les moteurs de la série N, tels que le N14. Cette plateforme n’aurait pas été conforme aux normes d’émissions de 2004 et 2007.

Pour replacer ces réductions drastiques d’émissions dans leur contexte, en 1998, les limites de NOx (oxydes d’azote) étaient fixées à 4 grammes par cheval-frein/heure et la limite de PM (particules) était de 0,1 gramme.

Les normes 2027 réduisent les NOx à 35 mg et les particules à 0,005 gramme 5 mg.

En d’autres termes, d’ici 2027, les émissions de NOx auront été réduites de plus de 90 % sur la durée de vie des moteurs de la série X.

Les réductions des principaux polluants (PM et NOx) s’accompagnent de réductions obligatoires de divers gaz à effet de serre, notamment le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (N2O) et le dioxyde de carbone (CO2). 

Il faut généralement faire un compromis entre les émissions de NOx et les gaz à effet de serre. Chaque fois que les émissions de NOx diminuent, l’efficacité énergétique va dans le même sens. Cummins affirme qu’il en va différemment cette fois-ci.

Les gaz à effet de serre sont liés à l’efficacité énergétique. Chaque gallon de carburant diesel brûlé produit environ 22,4 livres de CO2. La seule façon de réduire les gaz à effet de serre est de brûler moins de carburant. 

«Ces moteurs de pointe sont très efficaces, affichant un frottement interne très faible et une combustion très proefficiente», a expliqué M. Nebergall. «Nous sommes en mesure d’améliorer l’efficacité énergétique et de réduire les émissions de NOx. C’est du jamais vu dans l’histoire.»

Plateforme moteur actualisée

Cummins a apporté des améliorations importantes au moteur 2027 de base, principalement dans le but de se conformer aux réglementations à venir. Certaines visent à réduire les efforts de maintenance et à améliorer la fiabilité.

La nouvelle conception du piston se caractérise par un bol remodelé et un cylindre redessiné procurant une meilleure combustion et un taux de compression plus élevé. Les jupes sont nettement plus courtes, ce qui réduit les frottements dans le cylindre.

La pompe à carburant a été redessinée pour éliminer certains des problèmes qui affectaient les versions précédentes. Elle peut atteindre une pression d’injection de 2 400 bars (34 800 psi), ce qui permet de mieux contrôler la formation de suie et d’améliorer l’efficacité. Il intègre une soupape de recirculation thermique pour faciliter les démarrages à froid et est lubrifié par le carburant plutôt que par l’huile moteur.

La conception de la culasse à double arbre à cames en tête permet des fonctions avancées de commande des soupapes, telles que la distribution variable. Cummins conserve la conception du turbocompresseur à géométrie variable, mais les améliorations apportées permettent une meilleure gestion de l’air.

Cummins a également intégré diverses modifications visant à réduire le poids, notamment un cache-culbuteur et un carter d’huile en composite, ainsi que des changements au niveau du bloc lui-même.

Dans l’ensemble, Cummins affirme que le moteur est plus léger que la version 2024 actuelle, mais que son poids est neutre si l’on inclut le système de post-traitement, qui serait nettement plus lourd que les versions actuelles.

Le moteur est pourvu d’un module de contrôle électronique CM3550 de plus grande taille. Il prend en charge des mesures de cybersécurité plus avancées, qui constituent une nouvelle exigence réglementaire, mise en place en grande partie pour prévenir le piratage. Le moteur est également équipé d’un nouvel alternateur de 48 volts entraîné par courroie destiné à alimenter un système de chauffage à 5 kW associé au système de post-traitement.

Groupe motopropulseur intégré

L’acquisition de Meritor par Cummins en 2022 a ouvert l’accès à des essieux, à des chaînes cinématiques et à des produits de freinage dont l’entreprise ne disposait pas auparavant. Jumelé à la transmission Endurant d’Eaton, le moteur Cummins permet au motoriste de proposer un groupe motopropulseur complet.

Selon M. Nebergall, les spécifications optimales du groupe motopropulseur comprennent une transmission Eaton Endurant HD avec un surmultiplicateur de 0,77 en 12e vitesse, couplée à des essieux moteurs Cummins (anciennement Meritor) 14X HE avec un rapport de transmission de 2,05:1.

«Avec ce nouveau groupe motopropulseur, nous constatons une augmentation de 3 à 4 % de l’efficacité énergétique grâce au moteur seul», a-t-il déclaré. «Nous constatons une amélioration supplémentaire de 1 à 3 % grâce au groupe motopropulseur à régime moteur abaissé, soit une amélioration globale d’environ 7 %.»

Architecture de post-traitement stable

La réglementation de l’EPA concernant la réduction des NOx en 2027 change la donne pour les fabricants de moteurs. Le passage de 200 mg (norme actuelle) de NOx à 35 mg en 2027 représente une réduction de 80 %. Le problème de la réduction des NOx est qu’elle s’est toujours traduite par une baisse de l’efficacité énergétique. Cummins affirme qu’il répondra aux exigences de réduction des NOx tout en améliorant la consommation de carburant.

Cela signifie que le système de post-traitement de 2027 travaillera un peu plus fermement et intelligemment que les versions précédentes.

Cummins continuera à utiliser la recirculation des gaz d’échappement (RGE). Il s’agit d’une méthode éprouvée qui permet de réduire au minimum les émissions de NOx à la sortie du moteur, avant qu’elles n’atteignent le système de post-traitement.

Il s’agit d’un exercice d’équilibre technique. L’augmentation de la quantité de RGE allège la charge du système de post-traitement, mais s’accompagne généralement de pénalités en termes d’économie de carburant et de performances.

La réduction du pourcentage de RGE entraîne une augmentation de la consommation de DEF, mais permet de réaliser des économies de carburant

«Nous allons apporter des améliorations très impressionnantes en matière d’économie de carburant tout en assurant une maintenance similaire à celle d’aujourd’hui et une consommation de DEF similaire», insiste M. Nebergall. «Même si nous réduisons les émissions de NOx, nous ne modifions pas radicalement la consommation de DEF.»

La structure de base de l’ensemble du système de post-traitement est similaire à ce que nous avons aujourd’hui, mais elle a été optimisée pour des raisons de performance et d’encombrement. Les gaz d’échappement passent d’abord par le catalyseur d’oxydation diesel (DOC) et le filtre à particules diesel (DPF). Le volume du catalyseur est le même, mais il est plus court et plus gros.

Les gaz d’échappement s’écoulent ensuite vers le catalyseur SCR, qui comporte désormais deux modules disposés côte à côte. Le chemin parallèle plus court permet au catalyseur de maintenir les températures à travers le catalyseur mieux qu’un module plus long et plus mince.

Le système dispose toujours d’un système d’alimentation en DEF et continuera à nécessiter de temps à autre des régénérations alimentées par du carburant pour débarrasser le DPF de la suie.

Les deux modules sont physiquement plus grands et plus lourds que les systèmes actuels, mais M. Nebergall a souligné que, dans l’ensemble, «leur poids est neutre si l’on tient compte des réductions de poids sur le moteur».

Chauffages à 5 kW

Nouveauté pour 2027 : la présence deux serpentins de chauffage conçus pour assurer une gestion thermique plus cohérente du système de post-traitement, quel que soit l’état de fonctionnement du moteur. La conversion des NOx est plus efficace lorsque le catalyseur est chaud, mais il est difficile de maintenir la chaleur lorsque le moteur tourne au ralenti ou à faible charge.

«Ces dispositifs de chauffage permettent de créer de la chaleur indépendamment de l’activité du moteur», explique M. Nebergall. «Si le moteur tourne au ralenti et que le système de post-traitement se refroidit, vous pouvez commander le chauffage pour réchauffer le système. S’il s’agit d’un cycle de travail où le moteur ne fonctionne pas très fort, comme lorsque le camion n’est pas attelé, nous pouvons quand même garder le système de post-traitement chaud.»

La réglementation sur les émissions de 2027 n’exige pas seulement des niveaux plus élevés de réduction des NOx: les procédures de test et de certification sont beaucoup plus rigoureuses. Auparavant, les fabricants de moteurs disposaient d’une certaine marge de manœuvre dans les cycles d’utilisation «à faible charge» et au démarrage, mais les nouvelles règles exigent la conformité dans tous les cycles d’utilisation, dans toutes les conditions de fonctionnement.

La désactivation des cylindres a été envisagée comme stratégie pour ajouter de la chaleur au catalyseur afin d’améliorer les performances de conversion des NOx, mais Cummins a choisi d’utiliser cet ensemble de dispositifs de chauffage, sans doute moins complexe.

«Nous avons conçu le moteur pour permettre la désactivation des cylindres afin de pouvoir l’ajouter si nous en avons besoin pour les réglementations sur les gaz à effet de serre qui entreront en vigueur en 2030», a affirmé M. Nebergall. «Nous ne pensons pas que cela soit nécessaire pour 2027.»

Les deux systèmes de chauffage, l’un à l’entrée du DPF et l’autre à l’entrée du SCR, sont alimentés par un alternateur de 48 volts entraîné par courroie et monté à l’avant du moteur. Le système fournit de la chaleur à la demande, mais M. Nebergall a déclaré que dans la plupart des cycles de travail, comme le transport longue distance à vitesse d’autoroute, il ne sera pas utilisé.

Il s’agit d’un simple chauffage à fil résistif qui ne nécessite aucun entretien. Il est facilement remplaçable, tout comme le générateur. 

Garantie du système d’émission

Le règlement 2027 de l’EPA comprend également une garantie obligatoire sur les systèmes d’émission qui doit couvrir le fonctionnement du système pendant la durée de vie prévue du moteur. Dans de nombreux cas, cette garantie s’applique au premier propriétaire du véhicule.

La période de garantie passe de cinq ans/100 000 miles (160 000 km) à 10 ans/450 000 miles (720 000 km). Cette garantie n’est pas facultative. Elle est imposée par la réglementation, et le coût sera important.

M. Nebergall a souligné au cours de sa présentation que de nombreux clients de poids lourds achètent déjà des extensions de garantie de 800 000 km, ce qui, dans la plupart des cas, leur permet d’aller jusqu’à la fin de leur cycle d’échange. Si le cycle d’échange est plus court, cela peut ajouter une valeur résiduelle au camion lors de la revente.

Pour les clients vocaitonnels dont les cycles commerciaux sont plus longs, mais le kilométrage plus faible, la durée de 10 ans s’applique.

«Le coût de cette garantie est intégré dans le prix de base et le client n’a plus le choix de l’acheter ou non», a fait remarquer M. Nebergall. «Le coût du système augmente pour l’ensemble du secteur.»

Dernières réflexions

Tout au long de sa présentation lors du dévoilement du X15 Diesel, M. Nebergall a insisté sur le fait que la fiabilité était un facteur clé dans la refonte du moteur. Les stratégies décrites ici semblent aller dans ce sens. Elles sont simples et directes et font principalement appel à des technologies qui sont en service depuis une décennie ou plus.

Les premières impressions laissent penser que cette approche permettra aux clients de vivre une expérience relativement sans problème, mais nous avons appris par le passé que même les plans les mieux conçus peuvent mal tourner.

Les clients auront suffisamment de soucis à se faire avec les fortes augmentations de prix prévues pour les moteurs 2027, partout, d’ailleurs, pas seulement pour Cummins. Espérons que M. Nebergall et son équipe ont bien fait leur travail.