MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant

On ne sait pas
comment en fabriquer les pièces

De nombreuses technologies n’ont pas pu voir le jour ou ont mis longtemps à voir le jour à cause problèmes de fabrication en grande série non résolus. Ce fût longtemps le cas pour l’injection directe Diesel ou essence appliquée à l’automobile dont les niveaux de précision nécessaires sont restés longtemps inaccessibles. Cependant, ce n’est pas parce qu’une technologie n’est pas fabricable à l’instant « t » qu’elle ne le sera pas 10, 20 ou 30 ans plus tard. Les progrès réalisés dans la conception assistée par ordinateur, dans les procédés de forgeage, de formage ou d’usinage, dans les matériaux et dans les traitements de surface offrent progressivement de plus en plus de possibilités pour fabriquer des pièces impossibles à produire auparavant. De même, les progrès réalisés en micro électronique, en informatique et en mécatronique rendent possible le pilotage de technologies extrêmement exigeantes en « intelligence » et en précision.

La gamme de fabrication du MCE‑5 VCRi a été
étudiée dans son entièreté, et optimisée sur des
critères industriels, fonctionnels et économiques

Les caractéristiques accessibles en production
de grande série pour les composants MCE‑5
répondent aux spécifications les plus exigeantes

Conscients depuis l’origine du projet MCE‑5 de la nécessité d’apporter les réponses nécessaires à la production en grande série, les développeurs du MCE‑5 VCRi ont intégré très tôt dans leur démarche la recherche des solutions de fabrication des différents composants du moteur. Il a été d’autant plus nécessaire d’entreprendre ces travaux rapidement que la conception des composants est fortement impactée par les contraintes de fabrication. Par exemple, pour les pièces forgées, leur forme et particulièrement les arêtes, les rayons de raccordement et la manière dont la matière est déportée par la pression du poinçon de forge ont une incidence directe sur la durée de vie des outillages. Il faut donc à la fois concevoir la gamme de forgeage la plus appropriée, adapter les pièces aux contraintes de la forge, et faire progresser le procédé de forgeage.

Toute la complexité de ces approches repose sur le fait qu’une pièce modifiée pour gérer des contraintes industrielles doit être revalidée aux essais. Par ailleurs, divers compromis doivent être trouvés à l’intérieur même de la gamme de fabrication, de sorte que les procédés d’ébauche, de formage, d’usinage et de finition coopèrent au meilleur résultat sans surcharger l’une ou l’autre des étapes de la gamme. Par exemple, un forgeage précis réduit la quantité de matière à enlever lors de l’usinage, mais il est plus complexe à mettre au point. Si le procédé de finition est naturellement efficace et productif, on acceptera une pièce forgée plus « brute » que si ledit procédé est lent et cher. Un matériau à trempe lente induira moins de déformation et réduira la quantité de matière à enlever lors de la finition de la pièce. De nombreuses itérations sont ainsi nécessaires pour arriver à un résultat final probant, tant fonctionnellement qu’économiquement.

Les pièces les plus délicates du MCE‑5 VCRi sont sans conteste les roues et les crémaillères. Ces pièces sont complexes, fortement chargées, et d’une grande précision. En outre elles subissent divers traitements de surface chimiques (cémentation), mécaniques (shot peening, tribofinition) et thermiques (trempe). La mise au point de leur fabrication a coûté près de 5 millions d’euros et demandé 5 années de recherches et d’expérimentation sur des outils de production en grande série. Les principaux efforts ont été concentrés sur le forgeage « Netshape » ou « near Netshape» (proche de la forme finie). En parallèle, l’adaptation de l’usinage électrochimique de précision à gap variable aux spécificités des pièces a été un sujet d’investigations important : les crémaillères en creux n’offrent pas de dégagement d’outil, de sorte qu’aucune roue de taillage ou de rectification ne peut être utilisée. Les procédés et les gammes de cémentation et de trempe associés aux nuances d’acier retenues ont également fait l’objet de recherches approfondies.

Au final, les composants innovants du MCE‑5 sont désormais fabricables en grande série dans d’excellentes conditions fonctionnelles et économiques, de même que ses composants moins innovants mais néanmoins impactés par cette nouvelle architecture : bielle, piston, vilebrequin, carter cylindres.

La fabrication en grande série du MCE‑5 est aujourd’hui un problème résolu. Cependant, la phase d’apprentissage des premières années de production sera l’occasion de progresser encore pour diminuer au maximum le prix de revient déjà très abordable du MCE‑5 VCRi.

Toutes les étapes de la fabrication des composants MCE‑5 ont fait l’objet d’optimisation
des coûts, et du couple produit/process