Fabrication du moteur Boost, première partie : Les débuts
À seulement 10 milles au sud de la frontière canadienne, c’était une journée chaude et humide de l’été 2018 à Roseau, au Minnesota. La chaîne de montage C de l’usine Polaris bourdonnait avec de toutes nouvelles motoneiges 2019 roulant sur la ligne, prêtes à être distribuées à des concessionnaires du monde entier. Le tout nouveau Patriot 850 venait tout juste d’être lancé, et des milliers de clients attendaient avec impatience leur motoneige SnowCheck. À quelques pas seulement de la ligne, Jim Buchwitz et Darren Hedlund se sont assis à la table à l’extérieur de Dyno Cell No 6. À l’intérieur du kiosque Dyno se trouvait un projet qu’ils connaissaient tous deux, 10 ans de travail acharné, de lutte et de technologie pionnière.
Le moteur Patriot 850 turbochargé par turbocompresseur dans la salle dyno était le dernier des innombrables itérations fabriquées, entièrement uniques à partir de tout autre produit sur le marché. Le pot d’échappement venait tout juste de tomber en panne, une soudure s’était fissurée dans le tuyau calibré à la main. Cependant, les ingénieurs ont vu quelque chose qu’ils recherchaient : la combustion du moteur et la pression dans le turbocompresseur se sont stabilisés à un niveau qu’ils avaient vu auparavant. Les membres de longue date de l’équipe de Polaris Engineered sont retournés inspecter les dégâts, curieux de savoir ce qui avait déclenché l’amélioration. Ce qu’il ne savait pas encore à l’époque c’est que cet échec conduirait à un ensemble de brevets autour d’une toute nouvelle technologie de pointe appelée Patriot Boost.
«∘Il ne s’agissait pas uniquement de fabriquer un turbo. Il s’agissait de développer le prochain niveau de performance.∘» a déclaré Darren Hedlund, spécialiste du développement du groupe motopropulseur..
Note de l’auteur : «∘Alors que notre équipe commençait à travailler sur le lancement du Patriot Boost 2022, il est devenu évident qu’il y avait une histoire à raconter. Au-delà des spécifications, des caractéristiques et des avantages, il y avait l’histoire d’un groupe de personnes passionnées qui a relevé le défi et a livré la nouvelle norme en matière de performance de motoneige. C’est une histoire qui mérite d’être racontée.∘» — Nels Eide, Marketing des produits de motoneige
Un aperçu de la fabrication du Turbo à deux temps le plus puissant au monde du FEO
L’idée d’utiliser l’induction forcée pour augmenter la puissance n’est certainement pas nouvelle, avec une turbocompression automobile apparaissant dans les années 1980. Les sports motorisés ont vu l’essor de la turbocompression au cours des dernières années, avec des motoneiges turbo à 4 temps et des côte à côte. La formule est plutôt simple : ajouter de l’air comprimé, un peu de carburant supplémentaire et plus de puissance, ce qui semble être magique. Cependant, avec les moteurs à deux temps, la solution turbo n’est pas aussi simple.
L’équipe Polaris savait que les conducteurs de montagne cherchaient toujours plus de puissance et que certains se sont tournés vers les turbocompresseurs de marché secondaire. Le début des années 2000 a connu l’arrivée des premiers ensembles Turbo du marché secondaire pour les moteurs de motoneige à deux temps. L’équipe Polaris les avait conduits, et l’avantage de la puissance était clair, surtout dans le segment en croissance de la montagne. Comme un moteur à aspiration naturelle monte en altitude, il n’y a rien pour lutter contre la perte d’oxygène disponible et exige donc une puissance d’environ 3 % pour chaque millier de pieds d’altitude.. L’induction forcée d’un turbocompresseur peut comprimer l’air plus mince, maintenant le niveau de puissance de la mer plus haut dans la montagne. Au cours de l’hiver 2006, quelques ingénieurs ont construit deux motoneiges avec des turbocompresseurs du marché secondaire et ont commencé à tester, à modifier et à enquêter. Ils ont compris que les clients voulaient un turbo à deux temps avec la qualité, la fiabilité et la performance qu’une version de production pouvait offrir et devaient simplement trouver comment le construire. Le projet de turbocompresseur a ainsi commencé.
Après quelques années de travail initial et de présentation de leurs arguments, l’équipe d’ingénierie a reçu un financement de la grande société Polaris : mener une enquête technologique sur un moteur à 2 temps turbochargé de production. Était-ce possible, et si oui, qu’est-ce qui était nécessaire pour le réaliser? Bien que les segments côte à côte aient repris le plus grand volume d’affaires chez Polaris passant devant les VTT et laissant les motoneiges au troisième rang, les motoneiges et ce type de projet turbo restaient grandement appréciés. Polaris est un fabricant de motoneiges depuis plus de 30 ans, et cette passion est profonde jusqu’à ce jour.
Les premières enquêtes ont révélé que si les ensembles de marché secondaire avec moteurs Polaris produisaient en effet plus de puissance, ils présentaient toutefois de grandes lacunes dans quelques domaines clés: les émissions, le son, la maniabilité et la stabilité de la combustion.
Le premier défi reste relativement simple, les fabricants sont tenus de se conformer aux normes d’émissions dans les pays où ils vendent des motoneiges. Les entreprises du marché secondaire n’ont pas à respecter ces règles et règlements, ce qui leur permet de prendre quelques raccourcis qui ne sont tout simplement pas disponibles pour les fabricants. Le second défi, la stabilité de la combustion, est beaucoup plus difficile à résoudre.
Chaque fois que quelqu’un indique la production de la puissance de son moteur à induction forcée hautement modifié, une question de suivi courante est posée : «∘Quel carburant utilisez-vous?∘» La question est légitime : davantage de puissance nécessite davantage d’énergie, et les carburants spécialisés à indice d’octane élevé sont bien mieux adaptés aux applications à forte suralimentation. Leurs propriétés de combustion à froid et leur résistance à la pré-détonation maintiennent une combustion stable, tous positifs en matière de puissance accrue. En termes de mise en exploitation cependant, il n’y a qu’une seule réponse à cette question : l’utilisation d’essence à octane 91. Ces carburants exotiques et coûteux que les ensembles Turbo de marché secondaire ont utilisés ne sont tout simplement pas disponibles pour le fabricant d’équipement d’origine. La combustion du moteur devrait être stable et puissante fonctionnant à l’essence.
Quelle que soit l’ampleur du défi, la technologie révolutionnaire et le potentiel qu’elle avait pour élever les conducteurs de montagne et leurs motoneiges au niveau supérieur ont été jugés cruciaux. Après tout, Polaris est composé de motoneigistes dévoués qui aiment relever un défi. En 2012, certains membres de l’équipe du groupe motopropulseur s’est mis au travail sur un projet nommé Medusa. Le nom du programme fait référence au monstre marin mythologique Méduse, avec des serpents à la place des cheveux et un regard qui transforme les gens en pierre. Il ne s’agit pas exactement d’une image amicale, mais qui a certainement été choisie de manière appropriée. Le projet était loin d’être facile, et présentait d’innombrables défis car l’équipe travaillait sur quelque chose que personne d’autre n’avait jusqu’alors été capable de faire : fabriquer un turbo à deux temps, de production stable et de haute performance.
L’objectif de tout nouveau projet de groupe motopropulseur est de fabriquer un turbo à deux temps de production stable et haute performance, sans aucun compromis. D’innombrables heures ont été consacrées à la conception de composants dans CAD, à l’analyse de logiciels de flux et de combustion, et à la construction manuelle de prototypes uniques de moteurs et de composants. L’équipe a commencé à travailler sur une variété de voies pour identifier les solutions nécessaires, en explorant les technologies d’induction forcée, en alimentant les innovations, et plus encore. La stratégie et le système de contrôle étaient sans doute plus difficiles que les parties physiques elles-mêmes. La magie invisible qui se produit dans l’ECU est absolument essentielle, fournissant le mélange parfait de carburant, d’étincelle et de stimulation nécessaire pour chaque situation.
«∘La solution devait être stable, fonctionnant à l’essence, avec des composants produits en série, fonctionner avec une consistance à toute épreuve, quelles que soient les conditions, et produire plus de puissance. C’était un véritable défi.∘» - a déclaré Ricky Jaeger, Directeur de groupe motopropulseur.
«∘Pendant de nombreuses années, nous avons testé de nombreuses voies différentes pour tenter de résoudre le problème de stabilité. Il y avait tellement de définitions ou de directions possibles, étant en territoire complètement inconnu. Les conceptions de turbo et de compresseur volumétrique, les systèmes d’injection, les stratégies de contrôle et le matériel, le travail des cylindres et du pot d’échappement, nous avons tout essayé. Cependant, tout ce que nous avons exploré a contribué à ce que nous avons aujourd’hui. C’est l’apprentissage de nos erreurs et la formation à utiliser également à l’avenir qui nous a mené à Patriot Boost.∘» a déclaré Marty Sampson, directeur des produits de motoneige.
L’équipe faisait face à d’autres défis posé par l’entreprise : si le turbocompresseur de niveau supérieur était possible mais il existait d’autres projets et programmes nécessitant du financement. L’industrie de la motoneige repose sur l’innovation de nouveaux produits, mais ils n’ont d’importance que s’ils sont, en fin de compte, entre les mains du client. L’entreprise avait fait le pari d’investir beaucoup d’argent dans le projet sans savoir combien de temps il faudrait ni même ce qu’il adviendrait.
En 2015, l’équipe de projet a commencé à fournir des nouvelles et des rapports trimestriels à la haute direction de Polaris. L’équipe de projet a soumis des nouvelles techniques sur les progrès réalisés, l’apprentissage acquis et les étapes à venir. Au cours de l’hiver 2015 et de la saison 2016, ces nouvelles étaient loin d’être encourageantes. La salle était remplie de motoneigistes passionnés, mais ces mêmes personnes étaient des ingénieurs brillants et des personnes d’affaires intelligentes qui comprenaient bien les défis techniques et financiers.
Des progrès ont été réalisés en 2017, avec la direction matérielle et logicielle définie et en mouvement. Le turbocompresseur et les injecteurs du corps de papillon auxiliaire étaient la voie, et les commandes nécessaires étaient intégrées au Patriot 850 ECU et au système électrique à venir. Les choses s’amélioraient, mais le niveau de stabilité de la combustion nécessaire pour rendre la puissance constante et fiable faisait toujours défaut.
Dyno Cell No 6 point zéro pour l’avenir de la performance Turbo
Ce jour fatidique dans Dyno Cell No 6 n’aurait pas pu se produire à un meilleur moment. Jim Buchwitz et Darren Hedlund ont testé une autre révision de leur prototype de moteur turbo Patriot. Ils avaient de la difficulté à maintenir une combustion stable alors que le moteur était sous des niveaux de suralimentation plus élevés Le débit d’échappement produisait de l’air turbulent et violent qui était difficile à contrôler lorsqu’il pénétrait dans le turbocompresseur, et les limites de détonation du carburant à indice d’octane de 91 dans le réservoir empiraient les choses. Jusque-là, chaque turbo à deux temps avait un portail de décharge interne, ce qui signifie que la soupape de décharge pour les gaz d’échappement excédentaires était située dans le boîtier du turbo lui-même. Cela signifiait que tout échappement évacué par le moteur passait par le turbo avant d’être utilisé pour la suralimentation ou l’extraction par le portail de décharge.
Le tuyau calibré d’un moteur à deux temps est spécialement conçu pour ce moteur précis et a une importante incidence sur la performance du moteur. La forme et la taille du tuyau calibré aident à extraire efficacement les gaz d’échappement du moteur, offrant une meilleure réponse et puissance. Le tuyau calibré n’était toutefois pas conçu pour assurer un échappement fluide à un turbocompresseur.
Le moteur avait démontré un niveau de stabilité et de contrôle recherché. Lors de l’étape de l’analyse, les concepteurs ont commencé à discuter d’une idée radicale : si l’air cherche à s’évacuer de là, laissons-le sortir faire. Cette idée a ainsi mené à Smart Boost, un portail de décharge dissocié situé directement sur le tuyau calibré permettant de fournir le contrôle nécessaire tout en soulageant la pression dans le tuyau calibré. Ils ont donc passé l’été à reproduire la stabilité, à développer le matériel, à régler les contrôles avant de le faire fonctionner.
«∘Lorsque nous avons vu la stabilité du moteur, nous avons compris que nous avions vraiment quelque chose entre nos mains. » a déclaré Darren Hedlund, spécialiste du développement du groupe motopropulseur.
En novembre 2018, le projet Medusa est devenu un programme de production complet, avec la date de lancement du 1er mars 2021 encerclée sur le calendrier.
N’importe qui peut boulonner sur un turbo, nous avons fabriqué un tout nouveau système.
