Nouveau moteur 2,7 L à 4 cylindres turbocompressé pour camions pleine grandeur

Le nouveau moteur 2,7 L à 4 cylindres (EFC L3B) offert sur le Silverado 1500 (modèles LT et RST) et le Sierra 1500 (modèles SLE et Elevetation) 2019-2020 procure capacité et efficacité dans un ensemble léger.

Le moteur 2,7 L turbocompressé (Fig. 1) est basé sur la nouvelle architecture CSS (cylindrer set strategy); il est doté de la gestion active du carburant (AFM), de l’injection directe à allumage par étincelle (SIDI), de doubles arbres à cames en tête (DOHC) et du calage de distribution variable (VVT). Il a une puissance de 310 HP et un couple de 348 lb-pi. Il peut atteindre 90 % de son couple de pointe à 1500 tr/min en seulement 1,93 seconde.

 

Fig. 1

 

Comparé au moteur V6 de 4,3 L offert sur les modèles Silverado et Sierra, le moteur 2,7 L turbocompressé offre un meilleur rendement dans un ensemble plus léger. Il pèse 36 kg (80 lb) de moins et procure une économie de carburant accrue de 13 %. Le moteur a une puissance accrue de 9 % et un couple accru de 14 % par rapport au moteur V6 de 4,3 L, ce qui lui permet d’être plus rapide d’une seconde de 0 à 60 mi/h (6,8 secondes).

La légèreté du moteur 2,7 L a été obtenue grâce au bloc en aluminium coulé à haute pression, au prolongement du carter moteur inférieur, et au carter d’huile et au module de carburant d’admission d’air en matériau composite.

 

Performance turbocompressée

Le nouveau moteur turbocompressé a été conçu pour procurer rendement et économie de carburant. Il est doté d’un turbocompresseur à double volute (Fig. 2) qui optimise l’énergie d’impulsions d’échappement afin de réduire le délai de turbocompresseur et d’augmenter le couple à base vitesse, requis pour un camion.

Le turbocompresseur à double volute utilise une vanne de décharge à commande électrique pour assurer une réponse de suralimentation rapide et une efficacité accrue du moteur. La vanne de décharge ouvre et ferme un passage à côté de la turbine dans le boîtier du turbocompresseur, ce qui permet à l’excès de pression d’échappement de contourner la turbine dans le flux d’échappement en aval.

 

Fig. 2

 

L’actionneur de vanne de décharge électronique corrige les désavantages inhérents au système actionné par pression/dépression. L’actionneur électrique commande la vanne de décharge beaucoup plus rapidement que le système à commande pneumatique, ce qui permet une commande plus précise de la vanne de décharge dans toutes les conditions de fonctionnement, car le positionnement de la vanne n’est pas neutralisé par le poids du ressort de l’actionneur et les pressions transitoires à l’intérieur du système.

À chaque cycle de moteur, le module de commande du moteur (ECM) apprend la position de la soupape de décharge. Les procédures d’apprentissage ou de réinitialisation sont requises chaque fois que le turbocompresseur, l’actionneur de vanne de décharge, les composants connexes ou le capteur font l’objet d’un remplacement ou d’un entretien, notamment :

  • Remplacement du turbocompresseur ou de l’actionneur – apprentissage de la vanne de décharge du turbocompresseur
  • Remplacement du turbocompresseur, de l’actionneur, du capteur connexe ou de la conduite d’air d’admission – réinitialisation des valeurs acquises du système d’admission

 

Dispositif de commande de soupapes SCS

Pour offrir un meilleur équilibre entre la puissance délivrée et l’économie de carburant, le moteur est également pourvu d’un système novateur de levée de soupape à manchons coulissants (SCS) permettant de déphaser les arbres à cames en fonction des sollicitations du moteur (Fig. 3).

Le système de levée de soupape à manchons coulissants (SCS) dispose de trois modes de fonctionnement distincts. Le SCS permet à l’ECM de modifier le profil de levée de soupapes des arbres à cames d’admission et d’échappement pendant que le moteur tourne. Le SCS comporte 4 actionneurs de manchons de levée de soupapes d’arbre à cames d’admission et 2 actionneurs de manchons de levée de soupapes d’arbre à cames d’échappement qui font varier la position des manchons de levée de soupapes axialement sur l’arbre à cames correspondant en réponse aux commandes de l’ECM.

 

Fig. 3

 

Chaque arbre à cames comporte 2 manchons de levée avec des bossages de cames de différentes hauteurs et chaque arbre à cames comporte une bille d’arrêt et un ressort sous chaque manchon servant à maintenir le manchon de levée en position. Les solénoïdes de l’actionneur de profil du système SCS poussent une goupille guide d’actionneur dans une rainure de passage usinée dans le manchon du profil de levée d’arbre à cames (Fig. 4, A). Lorsque la goupille guide engage le manchon, elle le force à changer d’axe sur l’arbre à cames pour ainsi placer les bossages de cames de dimension unique au-dessus des soupapes d’admission et d’échappement, puis de modifier la levée et la durée des soupapes.

Chaque manchon coulissant de levée de soupapes d’arbre à cames du SCS comporte 3 bossages de cames à profil distinct.

Profil de transition en mode Puissance : Hauteur de levée maximale — Pleine capacité, levée et durée usuelles. Dans ce profil, les quatre cylindres sont actifs et toutes les soupapes s’ouvrent jusqu’à leur levée maximale quand la pleine puissance du moteur est requise (Fig. 4, B).

Profil de transition en mode Économie : Hauteur de levée minimale — La capacité réduite (3 mm de levée) modifie la durée d’ouverture des soupapes et les ferme plus tôt. Dans ce profil, les quatre cylindres restent actifs mais toutes les soupapes d’admission s’ouvrent à une hauteur de levée inférieure pour minimiser la consommation de carburant dans des conditions de charge moyennes, sur autoroute par exemple (Fig. 4, C).

Minimisation de la consommation de carburant : AFM — Le système désactive des cylindres pour minimiser la consommation de carburant dans des conditions de faible charge, en vitesse de croisière sur autoroute par exemple. En mode de gestion active du carburant (AFM), les cylindres 2 et 3 sont désactivés (Fig. 4, D).

 

Fig. 4

 

Gestion thermique active

Le nouveau système de refroidissement à gestion thermique active du moteur permet de contrôler la température du liquide de refroidissement en envoyant de la chaleur là où c’est nécessaire pour réduire la friction et chauffer l’habitable tout en refroidissant également le moteur et la boîte de vitesses. Ainsi, le frottement au démarrage à froid est réduit alors que l’efficacité de la combustion et le refroidissement des gaz d’échappement sont améliorés pendant le fonctionnement à chaud du moteur.

L’écoulement du liquide de refroidissement est alimenté dans la totalité du système de gestion thermique active par une pompe à eau électrique montée du côté gauche inférieur du moteur (Fig. 5). L’ECM commande la pompe à eau sur le réseau LIN.

 

Fig. 5

 

La vanne rotative principale et la vanne rotative du bloc sont combinées en un ensemble nommé vanne de régulation de liquide de refroidissement (Fig. 6). La vanne rotative principale distribue le liquide de refroidissement aux échangeurs de chaleur de la boîte de vitesses et du moteur, de même qu’aux échangeurs de chaleur du radiateur et du chauffage de cabine. La vanne rotative de bloc fournit le flux de liquide de refroidissement pour le contrôle de la température du bloc moteur ainsi que pour le chauffage de l’habitable durant le préchauffage.

 

Fig. 6

 

Conçu pour durer

Le moteur 2,7 L turbocompressé a été conçu et validé spécialement pour les camions pleine grandeur Silverado et Sierra.

Les composants conçus pour une longue durée de vie comprennent :

  • Pistons avec porte-segments en fer et couronnes entièrement usinées
  • Vilebrequin en acier forgé avec tourillons durcis
  • Paliers tri-métalliques
  • Groupes de bossages d’arbre à cames en acier à billettes trempé
  • Chaîne de distribution à rouleaux 8 mm à haute résistance à l’usure
  • Pompe à eau électrique avec fonction de post-fonctionnement pour refroidissement à l’arrêt

Tout au long du développement, le nouveau moteur a cumulé plus d’un million de kilomètres d’essai de validation sur route afin de répondre aux normes de durabilité du moteur embiellé légendaire (Fig. 7).

 

Fig. 7

 

– Merci à Kevin Luchansky et Jeff Kropp

Diagnostic du Bus LIN