Le nouveau moteur1,4 l diesel  common rail, dénommé HDi 1,4l pour PSA Peugeot Citroën, et Duratorq TDCi 1,4l chez Ford Motor Company, constitue le premier résultat des accords de coopération signés entre les deux groupes le 29 septembre 1998 et élargis une année plus tard, le 8 octobre 1999, par la signature d’un vaste programme de coopération sur les moteurs diesel.

Cette coopération prévoit l’étude et la production en commun de quatre familles de moteurs diesel injection directe common rail :
 

 Moteur 1,4 litre et 1,6 litre
 Moteur 2 litres 2ème génération
 Moteur V6 de 2,7 litres
 Nouvelle famille de moteurs pour véhicules utilitaires légers
 
Cette coopération amènera à court terme les deux groupes à la première place des constructeurs mondiaux de moteurs diesel. Elle portera en 2005 sur la production en commun de plus de 9000 moteurs par jour et aura nécessité au total des dépenses de développement et d’industrialisation de 1,22 milliard d’euros.

        Petit mais performant

Lancé dès 1998, le concept HDi (High Pressure Direct Injection) développé par PSA Peugeot Citroën a connu un important succès commercial fondé sur:
- une économie de consommation de 20% par rapport à un moteur diesel à préchambre, induisant une diminution équivalente des émissions de CO2
- un agrément de conduite obtenu par un couple disponible à bas régime, dans un environnement sonore et vibratoire feutré qui n’a plus rien à envier au moteur essence
- un excellent bilan environnemental obtenu par la maîtrise précise de la combustion que permet le common rail et par l’utilisation de systèmes de dépollution très performants.

Les moteurs 1,4l diesel common rail reprennent tous ces acquis et associent une taille et un poids réduits à des prestations et des performances inédites à ce niveau de cylindrée.
L’accroissement de performances sur des moteurs diesel de faible cylindrée apporté par un common rail de nouvelle génération, par une meilleure maîtrise de la combustion et par l’allègement, permet, à prestations véhicule équivalentes, d’offrir au client un gain significatif en consommation et en émission de CO2.
Cette ambition de « downsizing », a guidé l’ensemble des concepteurs de ces moteurs performants qui équiperont des voitures de taille petite et moyenne des deux groupes
 Ainsi, désormais l’ensemble des voitures Peugeot et Citroën pourront bénéficier de la technologie HDi, poursuivant le mouvement de généralisation des moteurs diesel injection directe turbo compressés entamé il y a trois ans. Ford disposera, pour sa part, d’une offre de petits moteurs diesel common rail modernes complétant ses récents moteurs TDCi qui équipent déjà les véhicules de gammes moyenne et haute.

· Un moteur « plug and play »
Une interface moteur - véhicule unique
La famille de moteurs à laquelle appartient le moteur 1,4l diesel common rail équipera des véhicules des plates-formes 1 et 2 de PSA Peugeot Citroën et des véhicules de taille petite et moyenne de Ford Motor Company. Il s’agit donc bien d’un premier moteur authentiquement inter plates-formes et multi constructeurs.
Cette coopération débouchera sur des volumes de production très importants de l’ordre de 6000 moteurs/ jour à terme pour l’ensemble de cette famille.
Dans les dix-huit mois suivant le premier lancement en série, ce sont au total 23 applications de cette nouvelle famille de moteurs qui verront le jour sur des véhicules des deux groupes.
Pour ce faire, l’équipe projet a conçu une architecture de moteur facilement adaptable à différents types de véhicules reposant sur un principe de conception et de production de type « plug & play ». 
Il s’agissait, pour des véhicules différents, de développer des interfaces moteur - véhicule uniques. Ainsi, l’alimentation en air, en eau, en carburant, la connexion électrique et les liaisons mécaniques sont identiques quels que soient le véhicule hôte et la version de moteur montée.
Une conception modulaire
Pour concevoir des interfaces uniques une forte communauté de pièces (plus de 60 % des pièces sont communes) a été recherchée entre les différentes versions des moteurs. Ainsi, l’ensemble des moteurs de la famille utilise une seule et même base (carter cylindre, vilebrequin, bielle, coussinets, pompe à huile, pompe à eau…).

Par ailleurs, l’équipe projet a travaillé sur une conception modulaire en constituant des sous-ensembles homogènes.
A titre d’exemple, l’ admission est constituée d’un seul ensemble multifonctions réunissant : le filtre à air, le débit mètre d’air, le silencieux du turbo compresseur, le répartiteur d’air d’admission, le système de traitement des gaz de carter, le couvre culasse et la filtration du gazole. Une démarche similaire a été appliquée à l’alimentation en eau, en carburant, à la connexion électrique et aux liaisons mécaniques.

Le cahier des charges de cette nouvelle famille de moteurs fixait trois priorités :

- réduire les consommations
-atteindre un agrément de conduite exceptionnel
-contribuer notablement à la sécurité passive des véhicules

 Réduire les consommations
  
Les moteurs HDI 1.4 et Duratorq TDCi 1.4 seront déclinés selon plusieurs niveaux de puissance (60 à 92 Ch.) et de couple (150 à 200 mN).
Avec ces moteurs, les petites voitures des deux groupes auront des consommations moyennes mesurées sur le cycle réglementaire MVEG (cycle Europe urbain + extra urbain) comprises entre 3,4 l aux 100 Km (90 gr CO2 / Km) et 4,1 aux 100 Km (110 gr CO2 / Km). Les voitures de taille moyenne atteindront 4,5 litres aux 100 Km (120 gr CO2/ Km).

Un moteur « poids plume »
Maîtriser les consommations, c’est avant tout réduire la masse du véhicule et de ses organes
Avec une masse totale de 98 kg, soit 50 kg de moins que le moteur de cylindrée 1,9l à préchambre, le plus comparable en performances, ce moteur est un véritable « poids plume ».
Cette performance a été atteinte grâce à la généralisation de l’utilisation d’alliages d’aluminium et de matériaux composites.
Le carter cylindre et son carter chapeau en aluminium sont coulés sous pression, avec des paliers et des chemises en fonte insérés à la coulée. La culasse également en aluminium est en deux parties : une partie inférieure coulée par gravité et une partie supérieure portant l’arbre à cames réalisées en coulée sous pression.
L’arbre à cames réalisé par emmanchement de cames frittées sur un tube permettra un gain de 1,3 kg soit de 30 %.
D’autres pièces telles que le silencieux du turbo compresseur, le répartiteur d’air d’admission, le système de traitement des gaz de carter, le couvre culasse sont entièrement réalisées en matériaux composites. Les pièces essentielles du circuit d’eau et d’huile ont également été réalisées avec la même technologie : couvercle de pompe à eau, boîtier d’entrée et de sortie d’eau et crépine de pompe à huile.
L’ensemble des pièces mobiles a été spécialement étudié afin d’en réduire la taille et la masse.
A titre d’exemple, Les tiges de soupapes ont un diamètre de 5,5 millimètres, une taille rencontrée plus communément dans les moteurs essence de faible cylindrée à haute performance ou dans les moteurs de moto. Cet allègement des pièces mobiles contribue également au brio du moteur en ce qu’elles permettent une montée en régime rapide à l’instar d’un moteur essence.

Des frottements réduits
La réduction des pertes par frottement est un autre facteur majeur de la diminution des consommations. Le recours à des linguets à rouleaux pour la commande des soupapes permet un gain de consommation de 1,5 à 2 % selon le régime moteur.
 

       Un agrément de conduite exceptionnel

Une technologie utile pour davantage de plaisir de conduite
Les choix technologiques effectués (conception des culasses, de la suralimentation et de l’injection directe) offrent un brio du moteur à bas régime et un silence de fonctionnement jusqu’alors réservés aux véhicules haut de gamme.

Deux culasses disponibles : 8 et 16 soupapes
Dès l’origine du projet, deux culasses 8 et 16 soupapes sont disponibles pour permettre à ce moteur d’une cylindrée de 1,4l de couvrir une plage de performances très étendue, de 60 à 92 ch. (43 à 66 kW) et de 150 à 200 mN.
Deux turbocompresseurs
Les turbocompresseurs de petite taille et de faible inertie participent également à l’agrément de conduite par leur faible temps de réponse.
Deux types de turbo équipent les moteurs :
Le moteur 8 soupapes est équipé d’un turbocompresseur à géométrie fixe, le moteur 16 soupapes est équipé d’un turbocompresseur à géométrie variable et de technologie multi vannes. Ce dernier bénéficie de lois de commande adaptatives permettant d’optimiser sa réponse en fonction de la sollicitation de la pédale d’accélérateur.
Ces turbos de nouvelle génération atteignent des vitesses de rotation de 280.000 tours- minutes qui permettent un excellent remplissage en air du moteur.
Des systèmes common rail de nouvelle génération
Les systèmes d’injection installés sur ce nouveau moteur permettent une amélioration notable de la précision du moment et volumes d’injection, plus particulièrement de l’injection pilote (clé de la maîtrise des émissions sonores). Par ailleurs, l’augmentation des pressions d’injection contribuent à l’amélioration des performances spécifiques.


Un bénéfice acoustique et toujours plus de fiabilité
 
La compacité et la légèreté du moteur 1,4l diesel common rail ont été obtenues sans compromettre les performances acoustiques et vibratoires essentielles pour un moteur diesel de nouvelle génération.
Aussi, et malgré une pression de combustion de 160 bars qui impose à la structure du moteur de fortes contraintes la conception réunit légèreté, robustesse et performances acoustiques.
Le choix de l’aluminium plutôt que la fonte pour le carter cylindre s’est donc imposé naturellement, par sa densité favorable (2,8 comparativement à 7,2), en vue de réduire la masse de l’ensemble.
 En outre, la conception et la géométrie du carter garantissent une fiabilité, une longévité et des performances acoustiques haut de gamme.
La coulée sous pression de cette pièce permet :
- l’insertion de fines chemises et de paliers de vilebrequin en fonte renforçant la fiabilité
- l’obtention de gravures extérieures très ouvragées participant à la résistance du carter aux contraintes thermomécaniques, tout en réduisant le rayonnement acoustique des parois
La structure de « type coque » de la partie inférieure du carter cylindre confère à l’ensemble une remarquable rigidité, gage d’une maîtrise des émissions sonores et vibratoires du moteur.

Un moteur très compact pour plus de sécurité
La compacité du moteur permet des architectures sous capot garantes de bonnes performances des véhicules en matière de sécurité passive. Le judicieux agencement des périphériques moteur, accessoires et échappement a permis de réduire l’encombrement de telle sorte que la déformation du bloc avant en cas de choc soit favorable à la sécurité des occupants de la voiture.
En outre, un certain nombre d’éléments du moteur contribuent, par leur déformation programmée, à l’absorption de l’énergie en cas de choc. Tel est le cas en particulier du filtre à air et du répartiteur d’air d’admission.
 

  · Qualité de l’air et maîtrise de l’effet de serre, au cœur du projet
Un traitement efficace des gaz d’échappement
Afin d’améliorer les performances des systèmes de traitement des gaz de combustion, ceux-ci ont été implantés au plus près du turbo compresseur afin de bénéficier des températures d’échappement les plus élevées. A cette fin, l’échappement se fait vers l’avant du véhicule ce que permet le dessin de type cross-flow des culasses huit et seize soupapes.
Les injecteurs comportent 6 ouvertures de 118 microns, c’est-à-dire l’équivalent du diamètre d’un cheveu, qui permettent une pulvérisation encore plus fine du gazole et donc un mélange très homogène. La combustion est alors plus complète entraînant un niveau d’émissions d’imbrûlés à l’échappement très faible.
Si le moteur est aujourd’hui présenté dans une version respectant les normes EURO3, il est directement adaptable, avec ou sans FAP (filtre à particules), aux normes EURO4.
Une réduction des émissions de CO2 pour maîtriser l’effet de serre
L’ apparition de cette nouvelle famille de moteurs contribuera de manière significative à l’atteinte de l’ambitieux objectif que se sont fixés les constructeurs européens de réduction des émissions de CO2 , de 140 gr en 2008.
Les petits moteurs diesel performants, en se substituant aux moteurs essence, constituent une l’arme la plus efficace pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre.
Les voitures équipées de ces moteurs auront des émissions de dioxyde de carbone très faibles, variant de 90 grammes à 120 grammes par kilomètre selon les modèles. A titre de comparaison, la moyenne des émissions de CO2 du parc européen de voitures neuves vendues en 2000 était de 171 grammes.
Une approche industrielle innovante et économique
La croissance rapide et continue des motorisations diesel en Europe (14 % en 1990, 32 % en 2000) impose de disposer d’un outil industriel capable d’évolutions rapides face à l’accélération de la demande.

 Un outil industriel flexible
Le moteur 1,4l diesel common rail est produit à l’usine de Douvrin (Pas de Calais) où un nouvel atelier de production a été mis en place. Celui-ci produira des moteurs pour les besoins des deux groupes PSA Peugeot Citroën et Ford Motor Company.
Des unités modulaires et flexibles de production
La taille de l’unité de production a été fixée à 2500 moteurs/jour. Ce seuil constitue un compromis idéal entre les impératifs de flexibilité industrielle, de maîtrise de la diversité et de rentabilité.
Cette unité comporte l’usinage des quatre pièces maîtresses du moteur - carter cylindre, culasse, vilebrequin et bielles - et l’assemblage du moteur.
Les lignes carter, vilebrequin et bielles permettent indifféremment l’usinage de moteurs diesel et essence.
Les lignes de culasses sont constituées de centres d’usinage grande vitesse programmables qui permettent d’intégrer facilement les évolutions techniques attendues dans les prochaines années 
Toutes les machines sont simplement posées au niveau du sol sans infrastructures en sous-sol afin de permettre des adaptations faciles du parc en fonction des évolutions des gammes et des quantités.
Un assemblage sur le mode FIFO (First In First Out)
L’assemblage moteur est conduit selon un concept FIFO (First in First Out), qui n’autorise aucune retouche en ligne, afin de tendre vers l’objectif « 0 défaut » ; le principe est celui d’auto vérification poste par poste – processus de qualité verrouillé - sous la responsabilité de chaque opérateur pour les postes manuels et du système pour les postes automatiques.
Le moteur qui ne satisfait pas les standards de qualité à un moment quelconque du process reçoit un « carton rouge » ; il ne sera pas retouché dans le flux garantissant ainsi la continuité de celui-ci et un très haut niveau de qualité.

Enfin, les critères de propreté actuellement requis au poste de montage du common rail ont été étendus à l’ensemble de l’atelier de montage.
Le schéma industriel décrit pourra être dupliqué à l’identique afin de faire face à l’accroissement des besoins.

· Des dépenses limitées à 470 millions d’euros
Le coût global de développement et d’industrialisation de la première tranche de cette famille de moteurs 1,4l diesel common rail est de 470 millions d’euros.
Les coûts de conception du moteur s’élèvent à 155 millions d’euros alors que l’ investissement industriel global atteint pour sa part 315 millions d’euros, la majorité de cette dernière enveloppe étant consacrée aux nouvelles installations et lignes de montage à l’usine de Douvrin dans l’est de la France.
 

Une conception réalisée en 32 mois
L’équipe projet, constituée de 400 ingénieurs et techniciens est installée au centre technique de PSA Peugeot Citroën de La Garenne Colombes en région parisienne. Elle a mis en œuvre les techniques modernes d’ingénierie simultanée et d’ingénierie système.
Une équipe d’ingénieurs de Ford Motor Company a participé à la conception du moteur 1,4l diesel common rail. La complémentarité des expériences techniques des deux groupes a été un facteur essentiel de progrès dans le développement de cette nouvelle famille de moteurs.
La diversité des origines des ingénieurs et de leurs méthodes de travail a nécessité la mise en place d’un processus très rigoureux de formalisation qui a bénéficié au projet. A titre d’exemple, les méthodologies qualité des deux groupes ont été croisées afin d’aboutir à une synthèse garante de la meilleure satisfaction du client.
Tous les métiers concernés – conception du produit, process, achats etc. – ont été réunis sur un seul plateau physique afin de permettre la conception simultanée du moteur et de son outil de production. De nombreux fournisseurs ont été intégrés très en amont du processus.
Grâce à l’utilisation simultanée du maquettage numérique dans l’environnement véhicule des deux groupes, du calcul scientifique et du prototypage rapide, le délai de développement a été réduit à la durée record de 32 mois.

Cylindrée : 1398 cm3
 
Alésage x course : 73,7 x 82 mm
 
 Puissance maxi à 4000 tours : de 43 à 66 kW ou 60 à 92 ch.
 
 Couple maxi : de 150 à 200 mN ou 15,5 à 21 mkg à 1750 tr/mn
 
Couple à 1250 tr /min : de 120 à 145 mN ou 12,5 à 15 mkg
 
 Carter cylindre en alliage d’aluminium coulé sous pression
 
 Culasses en alliage d’aluminium à 2 et 4 soupapes par cylindre
 
 Common rail Bosch, Siemens et Delphi
 
Turbocompresseur à géométrie fixe et à géométrie variable
 
Avec et sans refroidisseur d’air de suralimentation
 
Dépollution Euro 3 puis Euro 4 avec ou sans filtre à particules (FAP)

Ces moteurs équiperont progressivement à partir de l’été 2001, les véhicules de petite taille et de taille moyenne des groupes PSA Peugeot Citroën et Ford Motor Company.
Ce sont au total 23 applications (moteurs, boîtes de vitesses, dépollution, véhicules) qui seront lancées dans les dix huit mois après le premier lancement en série.
Évolutions ultérieures :
La famille sera complétée par des versions 1600 cm3 à 4 soupapes par cylindre en 2003.


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