Essai routier : Cummins X15N, le gaz naturel à grosse cylindrée

Les camionneurs canadiens aiment leurs gros moteurs, et il fut un temps où ils étaient prêts à essayer sérieusement le gaz naturel. Le moteur à gaz naturel ISX12 G de 12 litres de Cummins n’a jamais été adopté ici parce que sa puissance de 400 ch/1 450 lb-pi était insuffisante pour la plupart des applications canadiennes.

Plusieurs flottes canadiennes ont connu un succès limité avec le moteur HPDI (injection directe à haute pression) de 15 litres de Westport Innovations, mais la production de ce moteur a cessé en novembre 2013, alimentant une attente de près de dix ans avant de voir un remplaçant adéquat.

L’excitation était palpable au Canada lorsque Cummins a annoncé le X15N à l’automne 2021. Il est entré en production à l’usine de moteurs de Jamestown, dans l’ouest de l’État de New York, en septembre dernier. Peterbilt et Kenworth sont les deux premiers fabricants à proposer le moteur, et les unités sont maintenant en production.

Freightliner proposera le X15N dans les versions couchette et cabine de ville du Cascadia à partir de cette année.

Nouveau en Amérique du Nord

Alors que nous répétons sans cesse que le X15N est un nouveau moteur, il arrive en Amérique du Nord avec plus de 2,5 milliards de kilomètres parcourus par des moteurs de série en Asie et en Australie. Plus de 50 000 de ces moteurs sont déjà en service dans le monde.

Actuellement, 16 flottes nord-américaines testent le moteur sur le terrain, dont deux au Canada. Elles testent les cycles de travail des véhicules de longue distance, régionaux et vocationnels, et ont accumulé plus de 500 000 milles d’évaluation en conditions réelles, y compris par temps chaud et froid et en haute altitude.

«Cela fait maintenant six ans que nous étudions et développons ce moteur en particulier», explique Mario Sanchez, directeur des ventes de Cummins pour les véhicules routiers. «Il a fait l’objet de plus de 40 000 heures d’essais au banc et de 8 millions de kilomètres d’essais routiers de préproduction. Certes, il est nouveau en Amérique du Nord, mais c’est un produit qui a déjà fait ses preuves.»

Nouveauté du X15N

La première, et la plus évidente des améliorations par rapport à l’ancien moteur au gaz naturel pour service intensif, concerne les puissances nominales. Elles sont offertes à 400, 450 et 500 chevaux et à un couple de 1 450, 1 650, 1 750 ou 1 850 lb.-pi. Le moteur est également proposé avec les options SmartTorque et EX qui améliorent la conduite, en offrant par exemple le changement de vitesse prédictif, le freinage prédictif du moteur, l’accélération sur les bretelles d’accès (on ramp boost) et la roue libre en descente (hill roll-out).

Ces options sont offertes lorsque le moteur est jumelé à la transmission Eaton Endurant.

Les valeurs nominales les plus basses du X15N s’alignent sur les valeurs nominales les plus élevées de l’ISX12N, ce qui intéressera certains clients régionaux et vocationnels qui utilisent déjà ce moteur. Cummins affirme que le X15N est 10% plus éconergétique que ISX12 et émet moins de gaz à effet de serre à puissance et à cycle d’utilisation comparables.

La grande nouveauté ici, c’est vraiment le profil de couple du X15N. Avec la configuration 500/1 850, vous obtenez 1 700 lb-pi à 900 tr/min.

Le couple maximal de 1 850 tr/min est atteint à 1 100 tr/min et se prolonge jusqu’à 1 400 tr/min, offrant une forte puissance de traction sur toute la plage de régime supérieure. Notre camion d’essai roulait à 1 450 tr/min à 65 mph en 12e vitesse, ce qui nous offrait une marge de 300 tr/min de couple maximal à la vitesse de croisière pour gérer les légères pentes de notre itinéraire.

Il y a plus d’informations sur l’essai ci-dessous, mais je dirai que le couple plus élevé améliore considérablement la conduite du X15N par rapport à l’ISX12N.

Le couple plus élevé est le résultat direct de l’augmentation de la cylindrée et des modifications substantielles apportées aux systèmes de traitement de l’air et d’alimentation en carburant. Ce moteur fait appel à un turbocompresseur à double entrée, plutôt qu’au turbocompresseur à géométrie variable (VGT) complexe et coûteux que l’on trouve sur les gros diesels. Selon M. Sanchez, le VGT n’était pas nécessaire pour obtenir les résultats souhaités.

Plutôt que d’utiliser un seul grand papillon des gaz pour contrôler le mélange d’air et de gaz, l’admission de gaz est maintenant dosée par huit solénoïdes gérés individuellement. Ils répondent à la demande de carburant plus rapidement et avec plus de précision qu’un seul grand papillon des gaz.

En principe, cela ressemble à ce que fait un système d’injection à rampe commune pour les moteurs diesel.

«Ces actionneurs peuvent s’ouvrir très rapidement pour mesurer le débit de gaz dont vous avez besoin», explique M. Sanchez. «C’est plus précis et cela améliore la réponse transitoire du moteur.»

Le X15N dispose également d’une chambre de combustion/culasse conçue exclusivement pour la façon dont le gaz naturel se comporte dans le cylindre lors de l’admission et de la combustion.

Intervalles d’entretien plus longs

Les intervalles d’entretien du X15N ont été allongés et synchronisés, ce qui permet d’effectuer les vidanges d’huile et les changements de bougies en même temps. C’était un problème important avec les générations précédentes de moteurs au gaz naturel de grosse cylindrée.

Les modifications apportées à l’architecture de la culasse permettent un meilleur refroidissement des bougies d’allumage, et d’autres modifications de la conception des bougies elles-mêmes et du système d’allumage contribuent à prolonger leur durée de vie.

La conception des pistons a été améliorée pour réduire la consommation d’huile, et un carter d’huile de plus grande capacité permet d’espacer les vidanges jusqu’à 60 000 milles (96 000 km) dans des conditions de fonctionnement normales. Les intervalles sont plus courts pour les applications de courte distance et de service sévère, soit respectivement 50 000 et 25 000 milles (80 000 et 40 000 km).

Le système de post-traitement utilisé avec le X15N est une version améliorée du catalyseur passif à trois voies utilisé dans d’autres moteurs à gaz naturel. Il ne nécessite pas de fluides supplémentaires ni d’entretien particulier.

Comment se conduit-il ?

L’essai a commencé sur le site de production de Peterbilt à Denton, au Texas. Nous nous sommes dirigés vers l’ouest sur la route 380, puis vers le nord-ouest sur la route 287 jusqu’à Bowie, au Texas. Nous sommes revenus par le même chemin.

Il s’agissait d’un trajet de 60 milles (96 km) dans chaque sens, et l’itinéraire consistait principalement en une autoroute à accès limité à quatre voies avec des collines, ainsi que des routes secondaires à travers la ville avec des feux et de la circulation. Nous étions chargés à un poids brut de 67 790 livres (30 750 kg),

Cummins a vanté les performances du X15N qui s’apparentent à celles d’un moteur diesel, et mon essai routier confirme que cette description est tout à fait exacte. Il possède le couple important d’un gros moteur diesel et la puissance de traction soutenue dans la partie inférieure de la courbe de couple, jusqu’à 1 000 tr/min, mais il roule plus «en douceur» qu’un moteur diesel. Cela ne veut pas dire qu’il est paresseux ou léthargique. Loin de là. C’est juste qu’il n’est pas aussi agressif qu’un diesel.

J’ai réglé le régulateur de vitesse sur 105 km/h une fois sur l’autoroute et la transmission n’a jamais rétrogradé sur les collines de 1 à 2 milles de long qui jalonnent le parcours.

Le moteur est très silencieux au départ, mais il était étrange de ne pas entendre la turbocompression s’enclencher alors que le moteur descendait dans les zones inférieures de la courbe de couple. La sensation était celle d’une traction forte et régulière.

J’ai trouvé que la pédale d’accélérateur était un peu sensible haut le pied (bobtail), mais la sensation ressemblait beaucoup à un moteur diesel avec une remorque. M. Sanchez m’a dit qu’il s’agissait peut-être d’un problème d’étalonnage et m’a assuré que la sensibilité pouvait être réduite électroniquement.

Le groupe motopropulseur intégré, doté de la transmission Endurant HD N de Cummins Eaton Automated Transmission Technologies, a rendu l’expérience de conduite fantastique. Les montées et les descentes de rapports se faisaient en douceur et en toute confiance, même lorsque l’on mettait les gaz à fond. Cette combinaison moteur/transmission fonctionne bien.

J’hésite à parler d’inconvénient, car c’est à peine perceptible, mais le frein moteur du X15N est un peu plus faible que celui du X15 diesel de la génération actuelle.

Le diesel délivre une puissance de freinage d’environ 525 chevaux à 2 100 tr/min, tandis que le X15N produit une puissance d’environ 460 chevaux à 2 300 tr/min avec le ventilateur du moteur en marche. Il s’agit d’une fonction que Cummins a programmée dans le moteur lorsque la puissance de freinage maximale est demandée. Le ventilateur crée une traînée d’environ 75 ch sur le moteur, ce qui augmente la capacité de ralentissement.

Je n’ai jamais eu besoin d’une capacité de ralentissement complète pendant le trajet d’essai, mais j’ai essayé pour voir ce que cela donnait. Il s’est bien comporté, bien que bruyant. Honnêtement, je ne pense pas que la puissance de freinage supplémentaire nous manquera si souvent.

Conclusions

Je suis convaincu que ce moteur sera la clé de la migration vers une source d’énergie alternative plus propre pour le camionnage. Les camions électriques ne fonctionneront pas sur les longues distances, ceux à l’hydrogène sont encore horriblement chères et la distribution de carburant est encore très peu développée.

Le gaz naturel est largement disponible dans la majeure partie de l’Amérique du Nord, et ce moteur est disponible dès maintenant et prêt à fonctionner.

Il dépasse déjà les limites d’émissions de NOx redoutées pour 2027 et, en termes de poids du véhicule et d’autonomie, il est très compétitif par rapport à un diesel aux spécifications similaires.

Si vous craignez toujours que le gaz naturel ne soit pas une alternative de choix au diesel, ne vous inquiétez pas. Le X15N coche presque toutes les cases. C’est le moteur qui nous permettra de surmonter les obstacles et à continuer à rouler proprement et écologiquement pendant longtemps.