Le moteur diesel SKYACTIV‑D de Mazda rendu plus puissant grâce à des pièces de turbocompresseur

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Le moteur diesel SKYACTIV‑D de Mazda rendu plus puissant grâce à des pièces de turbocompresseur

La pression qu’ils subissent pour se conformer aux règlements de plus en plus nombreux sur l’économie de carburant et les émissions pousse les fabricants d’automobiles à concevoir des moteurs de nouvelle génération qui sont plus légers, plus propres, plus performants et plus écoénergétiques que jamais.

Le nouveau moteur diesel 2,2 litres SKYACTIV‑D de Mazda en est un exemple impressionnant. Il consomme 20 % moins de carburant que le moteur qu’il remplace, grâce au taux de compression le plus bas de tous les moteurs diesel de série, tout en respectant la réglementation mondiale en matière d’émissions, sans après-traitement coûteux des émissions de NOx.

Ce nouveau moteur, utilisé dans la Mazda CX-5 et la toute nouvelle Mazda6, est muni d’un nouveau turbocompresseur bi-étage qui permet d’obtenir une réponse uniforme et linéaire et une augmentation considérable du couple à basse et à haute vitesses (jusqu’à son régime maximal de 5200 tours/minute) – la clé pour une performance exaltante et une économie d’essence exceptionnelle.

Cependant, puisque l’air chargé dans le turbocompresseur atteint des températures de 200 °C à des pressions atteignant 200 kPa dans un environnement humide et corrosif, il a fallu recourir à certains matériaux spéciaux pour assurer la durabilité maximale des tuyaux et des conduits d’air du turbocompresseur. Ces règlements rigoureux ont mené Mazda à choisir le fluoroélastomère Vitonᵐᵈ et l’élastomère éthylène acrylique Vamacᵐᵈ de DuPontᵐᶜ pour les tuyaux, et le polyamide Zytelᵐᵈ HTN de DuPontᵐᶜ pour les conduits d’air.

Une solution utilisant le plastique et le caoutchouc

« Mazda recherchait des pièces qui résisteraient aux températures et aux pressions élevées de même qu’à un environnement humide. Toutefois, il n’était pas possible de fabriquer de telles pièces par injection sans l’expertise technologique et l’appui de DuPont, que nous ne pouvions pas obtenir d’un fournisseur de pièces. Nous avons donc choisi DuPont comme seul fournisseur de matériaux pour obtenir une solution utilisant le plastique et le caoutchouc pour cette application », explique Takashi Yoshikawa, directeur adjoint, équipe du développement du groupe propulseur, Mazda Motor Corporation.

La Mazda6 2013 (Atenza au Japon) est propulsée par le nouveau moteur diesel turbocompressé SKYACTIV‑D avec tuyaux et conduits d’air de turbocompresseur hautement performants faits de fluoroélastomère Vitonᵐᵈ, d’élastomère éthylène acrylique Vamacᵐᵈ et de polyamide Zytelᵐᵈ HTN de DuPontᵐᶜ.
Les conduits d’air faits de Zytelᵐᵈ HTN de DuPontᵐᶜ et les tuyaux faits de Vitonᵐᵈ et de Vamacᵐᵈ de DuPontᵐᶜ résistent à des températures de 200 °C à des pressions pouvant atteindre 200 kPa, dans l’environnement humide et corrosif du nouveau moteur diesel SKYACTIV‑D de Mazda.

« Généralement, on appliquait un traitement à l’alunite aux pièces coulées d’aluminium. Cette fois, nous avons utilisé un composé de résine (PA6T-GF – polyamide Zytelᵐᵈ HTN), ce qui nous a permis de réduire le prix et le poids à l’unité, tout en respectant les normes de durabilité à températures et à pressions élevées ainsi que les exigences pour la résistance à la corrosion. C’est un pas en avant comparé aux produits précédents », ajoute Takashi Yoshikawa.

Fabrication des tuyaux de turbocompresseur

Le tuyau de turbocompresseur du nouveau moteur diesel SKYACTIV-D de Mazda comporte un placage intérieur de fluoroélastomère Vitonᵐᵈ qui assure une résistance élevée à la perméation des fluides et des gaz chauds, des couches intermédiaires et extérieures d’élastomère éthylène acrylique Vamacᵐᵈ Ultra HT et GXF, et une couche de liaison de renforcement. Cette construction offre une force mécanique, une souplesse et une résistance à la vibration qui sont excellentes, combinées à une résistance à la chaleur, aux produits chimiques et à la pression. Elle fournit également une barrière efficace contre les gaz d’évaporation.

Le Vitonᵐᵈ de DuPontᵐᶜ est l’élastomère de prédilection pour les joints et les tuyaux des systèmes d’alimentation automobiles depuis près de 50 ans. Il permet aux fabricants d’automobiles de respecter les exigences rigoureuses de la législation sur le contrôle des gaz d’évaporation automobiles pour les VPE et les VEQN, de même que les normes Euro 5 et 6, en offrant des capacités de scellant pour le système d’alimentation. Il assure ainsi la durabilité maximale du véhicule à des températures de fonctionnement bien au-dessus de 150 °C ou aussi basses que -40 °C.

Les élastomères éthylènes acryliques Vamacᵐᵈ de DuPontᵐᶜ sont utilisés avec succès dans la fabrication des tuyaux de turbocompresseurs depuis que les moteurs diesels sont dotés de systèmes turbo. De plus, la résistance accrue à la chaleur et la grande souplesse du Vamacᵐᵈ Ultra HT permettent d’augmenter la résistance à la fatigue de flexion dynamique des tuyaux de turbocompresseurs.

Fabrication des conduits d’air

Un grade spécial du polyamide hautement performant Zytelᵐᵈ de DuPontᵐᶜ, thermostabilisé et renforcé de verre à 35 %, a été utilisé pour produire les conduits d’air moulés par injection du nouveau système de turbocompression bi‑étage du moteur diesel SKYACTIV-D de Mazda, assurant ainsi la résistance à la chaleur élevée, aux produits chimiques, à la pression, aux vibrations et aux pulsations.

Le Zytelᵐᵈ de DuPontᵐᶜ offre à l’industrie la plus vaste gamme de résines de nylon, produites par le fabricant de nylon le plus grand et le plus étendu à l’échelle mondiale et axé exclusivement sur le marché des résines. Ceci comprend les grades de Zytelᵐᵈ HTN PPA qui conservent leurs propriétés de rigidité, de force et de mécanique même s’ils sont exposés à des températures élevées, à des liquides de refroidissement longue durée, à des produits chimiques et à l’humidité.

Bien plus qu’un fournisseur de matériaux

Dans les programmes de développement commercial réussis comme celui-ci, le rôle de DuPont surpasse de beaucoup celui d’un fournisseur de matériaux, car la société offre les services d’un fournisseur de solutions systèmes. En travaillant étroitement avec Mazda et deux fournisseurs de premier plan, DuPont a non seulement offert du soutien pour le choix des matériaux, mais aussi de l’expertise technique concernant les essais, le traitement, la conception des pièces et l’assemblage. Elle a également fourni de l’appui en matière de moulage et de soudage, y compris la résistance des soudures aux vibrations, et d’essais de durabilité sur les polymères considérés pour en tester la résistance aux produits chimiques, aux pulsations et à la fatigue.