Fabrication du moteur Boost, troisième partie : Conception brevetée
Un aperçu de la fabrication du Turbo à deux temps le plus puissant au monde du FEO
En fin de compte, le Patriot Boost est composé de 23 demandes de brevet composées de 52 divulgations uniques, avec 22 inventeurs et contributeurs différents. Tout, du matériel à la stratégie de contrôle utilisée, est unique et développé spécifiquement pour le projet.
La base du Patriot Boost est le moteur Patriot 850, en grande partie non modifié pour l’usage Boost. Le programme de moteur Patriot 850 a commencé en 2014, représentant la première conception repensée de moteur de Polaris en près de deux décennies. L’équipe d’ingénierie avait une liberté totale dans la conception, et une demande claire des conducteurs : le rendre durable, réactif et puissant.
«∘Nous établissons des aspects non négociables de durabilité et de réaction de pointe lors de la livraison de la Patriot 850. Gardez l’inertie basse et la rendre réactive, tout en améliorant la durabilité et le raffinement.∘» a déclaré Sampson.
Inconnu de l’industrie lors du lancement de 2018, le Patriot 850 avait également été conçu pour autre chose : la suralimentation. Lors de la fabrication d’un nouveau moteur, l’un des aspects les plus importants est la protection de la conception. En termes simples, cela signifie concevoir le moteur non seulement pour qu’il fonctionne bien maintenant, mais aussi dans les applications futures plus loin dans le plan produit. Les motocyclistes de montagne demandaient plus de puissance, et le Patriot 850 a été conçu dès le premier jour pour être suralimenté.
Le vilebrequin solide à faible inertie est au cœur de ce qui rend le 850 si efficace. Une faible inertie signifie plus que davantage de la légèreté, cela signifie également l’emplacement stratégique des composants, des conceptions de roulements et plus encore pour aider le moteur à atteindre rapidement sa limite, un élément clé pour que la motoneige reste légère et agile. Le démarreur 850 est doté d’un cône d’embrayage plus grand et de roulements à rang à double, tous conçus pour centraliser la masse.
Le cylindre monobloc à 6 boulons et la tête étaient tout nouveaux pour le 850, améliorant ainsi le débit d’admission et le pot d’échappement grâce à des conceptions de ports optimisées. Le système de soupape d’échappement VES à 3 étages est une soupape coplanaire simplifiée qui est plus légère, améliorant l’ajustement et l’étanchéité avec le piston pour améliorer le contrôle du débit du pot d’échappement, offrant finalement une meilleure réponse et puissance. Le 850 est équipé d’une version actualisée du système Cleanfire SDI, avec un système électronique et de commande complètement amélioré qui permet une meilleure économie de carburant et une meilleure réaction grâce à un ravitaillement plus précis. Le nouveau système électronique comprenait également tout le contrôle et la capacité nécessaires pour la suralimentation.
Le modèle Patriot 850, qui fonctionne extrêmement bien et qui est doté d’un moteur à aspiration naturelle, et est doté d’un moteur Patriot Boost, pratiquement sans modification, ce qui témoigne de la conception du moteur lui-même. Il suffit d’un renfort de palier sur le piston et les injecteurs de carburant du corps de papillon auxiliaire sont les seuls ajouts pour la version améliorée.
De la même façon que le Patriot 850 était une conception repensée, le Patriot Boost a été fabriqué à partir de zéro. Lorsque l’équipe a entrepris de fabriquer un turbo à deux temps fiable et performant, il était clair dès le début qu’il n’y avait pas de solution standard. Patriot Boost serait entièrement conçu à l’interne, et tel a été le cas.
La magie du Patriot Boost est un système appelé SmartBoost, une collection de matériel et de logiciels brevetés exclusifs, tous axés sur la résolution du problème de la stabilité de la combustion.
La clé du système SmartBoost est le portail de décharge externe monté sur le tuyau calibré du pot d’échappement. La soupape papillon à commande électronique et contrôlée soulage la pression du tuyau calibré et fournit de l’air stable dans le turbo, tout en offrant un contrôle ridiculement précis. Lorsque le motoneigiste appuie sur l’accélérateur, le calibrage du moteur identifie l’endroit cible pour le portail de décharge et le contrôle électronique de la suralimentation pour fournir la bonne quantité de suralimentation au moteur. Une légère variation dans ce relâchement de la suralimentation crée une réaction d’embourbement du moteur, ce qui rend la motoneige assez difficile à conduire. Une incohérence entre le carburant, la synchronisation et la pression de entraînera une instabilité du moteur et une détonation potentielle.
«∘Nous avons rapidement su que nous devions nous concentrer sur le contrôle avant tout∘» a ajouté Buchwitz. «∘Nous savions que nous avions besoin d’un plus grand portail de décharge, mais la vitesse et la force de l’air d’échappement étaient difficiles à gérer. Lorsque nous avons exploré la possibilité d’une vanne papillon équilibrée sur le tuyau calibré, le niveau de contrôle qu’il a déverrouillé était irréel. Cela nous a permis de dépasser la compensation d’altitude et de produire 3 psi de suralimentation au niveau de la mer avec une durabilité à toute épreuve.∘»
Toute personne qui a ouvert les panneaux latéraux d’une motoneige moderne peut attester qu’elle bien équipée, et l’espace est exceptionnel. Il est loin le temps de l’ouverture du capot à clapet, avec tous les composants disposés comme une ligne de buffet. Lorsque la carrosserie du Matryx RMK était en cours de développement, il était clair dès le départ que les versions à aspiration naturelle et turbo partageraient une carrosserie commune. Cela a laissé l’équipe de développement avec un très grand défi d’ensemble.
Tout au long du processus de développement, chaque considération matérielle comportait deux questions : cela fonctionnera-t-il et conviendra-t-il. Les prototypes de fabrication manuelle sont une chose, mais la fabrication d’un véhicule sur une chaîne de production est un défi différent. De plus, plus le poids se déplace vers le hors-bord du véhicule, plus la maniabilité devient difficile. L’équipe n’est pas disposée à accepter aucun compromis en matière de maniabilité, un certain nombre d’ensembles de conceptions et de solutions uniques ont été créées.
Le turbocompresseur vertical tourne également en marche arrière, où le turbo tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Cela a permis le trajet de flux d’air le plus court possible, tout en maintenant le poids bas et la masse centralisée sur la motoneige.
«∘L’ensemble du système turbo a été conçu pour être léger, compact et efficace. L’orientation verticale, la section centrale refroidie à l’eau en aluminium, la turbine à rotation inversée, tout a été conçu pour fonctionner extrêmement bien pour un usage spécifique.∘» a déclaré Alex Hetteen, ingénieur du groupe motopropulseur.
Le compresseur et la turbine ont subi une optimisation importante pour les demandes uniques d’un moteur à deux temps. Les caractéristiques d’un moteur à deux temps nécessitent un débit d’air de masse élevé et des niveaux de suralimentation plus bas. D’innombrables inducteurs et exducteurs de compresseurs et de roues de turbine, le nombre et la conception de lames, ainsi que les boîtiers eux-mêmes ont été testés à la recherche de la conception parfaite. Des travaux de rotordynamiques complets ont été effectués pour assurer un débit et une performance optimaux pour l’usage spécifique du 850, avec des composants internes renforcés pour assurer un fonctionnement stable et uniforme. Le résultat est un système de turbocompresseur breveté unique qui établit une nouvelle norme en matière de performance à deux temps. Le système produit 3 PSI de suralimentation au niveau de la mer, avec jusqu’à 9 PSI de suralimentation à haute altitude, fournissant une puissance inégalée.
Bien que beaucoup moins sexy que la réaction rapide de suralimentatiom, il est tout aussi important d’huiler et de refroidir le turbocompresseur. Le turbocompresseur breveté est doté d’une section centrale en aluminium refroidi à l’eau, ce qui le rend plus léger que les turbocompresseurs concurrents avec de meilleures propriétés de refroidissement pour maintenir des conditions optimales. L’orientation du turbocompresseur vertical comporte des exigences de lubrification uniques, en plus de l’utilisation requise d’huile à deux temps.
L’huile est fournie par une pompe à huile dédiée qui alimente uniquement le turbocompresseur. Cela permet au turbo d’obtenir la quantité précise d’huile requise à tout moment, peu importe les exigences en matière d’huile moteur. Ce système d’huile est doté d’un clapet antiretour unique, assurant que la conduite d’alimentation en huile retient l’huile et n’est pas affectée par de longues périodes de non-fonctionnement. Les joints du compresseur et de la turbine sont uniques au système, spécialement conçus pour gérer le bon huilage dans le turbocompresseur vertical.
Avec tout usage suralimenté par turbocompresseur, le décalage du turbo est toujours une préoccupation. Le turbo a besoin de gaz du pot d’échappement pour la bobine et fournit de l’air chargé dans le moteur dont il a besoin pour alimenter la puissance. Ce cycle peut créer un décalage dans la réaction en appuyant sur l’accélérateur jusqu’à la distribution de la puissance réelle. Ne voulant pas accepter de compromis, l’équipe s’est mise à la recherche d’une solution unique. Bien sûr, il y avait des technologies d’assistance de turbocompresseur électronique haut de gamme dans le secteur automobile, mais aucune qui avait les exigences en matière de poids et de coûts nécessaires pour un usage en condition de neige. Ils avaient besoin d’une solution légère et simple.
Le résultat est une prise d’air de soupape à lames montée directement dans le plénum, à environ 7,62 cm (3 po) des corps de papillon. Lorsque le moteur accélère à partir d’un régime moteur bas ou d’un ralenti, la soupape à lames permet à l’air frais de pénétrer directement dans le plénum, tout comme un moteur à aspiration naturelle. Le pot d’échappement peut augmenter la suralimentation sans que la réaction du moteur n’en souffre. Une fois que la suralimentation est fournie au plénum, l’air à l’intérieur devient pressurisé, forçant naturellement la fermeture de la soupape à lames. L’absence d’électronique ou de commandes permet au système d’être presque immédiat, sans hoquet de transition lorsque le moteur s’allume et s’éteint.
«∘La soupape à lames dans l’admission était axée sur la façon de se rapprocher le plus possible d’une réaction d’aspiration naturelle, tout en maintenant une très bonne maniabilité. La simplicité de la soupape à lames a accompli les deux.∘» a ajouté Buchwitz.
Le Patriot Boost est vraiment une merveille d’ingénierie, résultant d’une approche de développement intense. Conçu pour répondre aux exigences immenses des motoneigistes de motoneige à très haute performance, tous conformes aux règlements de l’EPA, il offre une performance inégalée. 10 % plus de puissance qu’une 850 au niveau de la mer, et un énorme 50 % plus de puissance à 3 050 mètres (10 000 pieds) d’élévation dans un ensemble fiable et de haute qualité, tout en fonctionnant à à l’octane 91 directement de la pompe. Quiconque a eu la chance de conduire un véhicule peut attester qu’il fonctionne merveilleusement bien.
