Un nouveau concept de locomotive chez Bombardier : quatre moteurs pour des performances plus écologiques

Rexroth fournit des systèmes de refroidissement pour les nouvelles locomotives multimoteur de la Deutsche Bahn. Avec la locomotive multimoteur TRAXX P160 DE pour le transport de fret et de passagers présentée à la mi-2012 lors du salon Innotrans à Berlin, Bombardier Transport a mis au point un concept d'entraînement à faible émissions. Dans cette locomotive diesel-électrique basée sur la plateforme TRAXX éprouvée, le fabricant utilise quatre petits moteurs diesel au lieu d'un seul plus grand. D'après les spécifications, la TRAXX P160 DE ME consomme beaucoup moins de carburant et s'impose comme la première locomotive diesel de grande ligne destinée au transport de passagers conforme aux normes européennes d'émission Phase IIIB, entrées en vigueur en 2012. Bosch Rexroth a conçu le système de refroidissement par ventilation des moteurs diesel, des générateurs et du variateur en étroite collaboration avec Bombardier.

Le concept est fascinant, tant sur le plan économique qu'écologique : jusqu'à présent, seuls de grands moteurs diesel étaient utilisés dans les locomotives diesel-électrique. Ce marché ne compte que quelques fournisseurs, qui produisent en petites quantités. Avec l'entrée en vigueur des normes européennes d'émission Phase IIIB, le coût du post-traitement des gaz d'échappement et des unités de commande de moteur à haut rendement explose.

Bombardier Transport a donc privilégié une approche très différente, en remplaçant la gamme TRAXX P160 DE ME (utilisant un moteur diesel classique de grande taille pour les locomotives de grande ligne dans cette catégorie de performances) par quatre petits moteurs produits en série à grande échelle. Cela réduit le coût du système, y compris le post-traitement des gaz d'échappement. Avec ce concept innovant, chaque moteur diesel peut être activé et désactivé individuellement selon les besoins. « Par rapport aux variantes équipées d'un seul grand moteur diesel, cette méthode réduit de 10 % la consommation de carburant et l'ensemble des coûts sur le cycle de vie » déclare Juliane Storm-Ohm, chef de projet chez Bombardier Transportation GmbH. Les essais fonctionnels et de certification entrepris depuis mars 2013 ont confirmé les faibles valeurs de consommation et d'émissions de la locomotive simulées au début du projet.

D'un autre côté, cette méthode impose des critères de conception très stricts pour le système de refroidissement. « Dans ce concept, l'espace disponible est encore plus réduit que normalement, alors que les moteurs des ventilateurs doivent fournir la capacité de refroidissement requise d'après les données reçues des détecteurs », explique Juliane Storm-Ohm. Dans le cadre du partenariat conclu avec Bombardier, Rexroth, en tant que prestataire de services d'ingénierie, a créé le système de refroidissement pour la locomotive multimoteur d'une puissance de 2 252 kW.

Une solution complète, intégrant plusieurs technologies

« Pour le système de refroidissement de l'ensemble motopropulseur de la TRAXX DE ME, nous avons associé des moteurs de ventilateur hydrostatiques et électriques à une commande de ventilateur adaptée », déclare Gunther Neidlein, directeur des technologies de transport chez Bosch Rexroth AG. En outre, pour le développement du système de refroidissement sur mesure, les ingénieurs ont fait appel au système 4EE de Rexroth. Il exploite tout le potentiel de l'ensemble des systèmes d'entraînement, ce qui améliore le rendement. Dès l'étape de conception, les ingénieurs ont tenu compte de l'ensemble du système pour la création du système énergétique. Résultat : le système de refroidissement livré à Bombardier intègre des composants à l'efficacité optimisée et fonctionne à la demande, selon les besoins.

Contrôle intelligent des ventilateurs

Pour l'entraînement hydraulique des ventilateurs, le système de refroidissement du moteur diesel totalement repensé tire parti des avantages de la conception du système hydraulique. Des pompes à pistons axiaux réglables génèrent le courant de sortie nécessaire. Les moteurs hydrauliques extrêmement compacts entraînent les hélices des ventilateurs, qui produisent l'air nécessaire au refroidissement.

L'unité de commande du système de refroidissement s'appuie sur le kit BODAS pour unités de commande mobiles de Rexroth. Évolutives en fonction du matériel et des logiciels employés, ces unités de commande ont déjà fait leurs preuves dans de nombreuses machines mobiles : pelleteuses, tracteurs ou encore moissonneuses-batteuses. Pour les besoins spécifiques des véhicules ferroviaires, le matériel a fait l'objet de développements et d'adaptations supplémentaires.

L'unité de commande électronique utilise les valeurs fournies par différents détecteurs (température de l'eau de refroidissement du moteur, de la charge d'air, de l'eau de refroidissement du générateur et de l'huile hydraulique) pour calculer les besoins de refroidissement. Rexroth a intégré au logiciel les algorithmes nécessaires. Selon les besoins de refroidissement, l'unité de commande varie la pression dans le circuit hydraulique, et donc le couple d'entraînement sur l'essieu du moteur hydraulique.

L'efficacité du système de refroidissement par ventilation est renforcée par des fonctions supplémentaires brevetées intégrées au logiciel de l'unité de commande des ventilateurs. Ces fonctions permettent d'ajuster la vitesse des ventilateurs à la demande, en prenant en compte diverses conditions environnementales. « Cela a permis d'améliorer le rendement et de réduire les émissions de bruit du système de ventilation », déclare Ralf Kunkel, chef de projet chez Bosch Rexroth.

Le système de refroidissement des moteurs diesel est complété par un autre système destiné au refroidissement du convertisseur. Des moteurs électriques sont utilisés pour la ventilation de ce système.

Délais de commercialisation réduits grâce au partenariat de développement

Pour la conception et la fabrication du système de refroidissement, Rexroth a collaboré étroitement avec Bombardier, partageant sa grande expérience des systèmes de refroidissement dédiés aux locomotives. « Cette expérience couvre tous les domaines, des calculs de performance à la sélection des composants, en passant par le logiciel de l'unité de commande et la mise en réseau du système complet », précise Gunther Neidlein. « Globalement, pour Bombardier, nous avons coordonné douze domaines de spécialisation chez Rexroth et testé le fonctionnement de la totalité du système de refroidissement dans le cadre de simulations complètes, réalisées à l'avance. »

Bombardier a réalisé d'importantes simulations de la circulation de l'air et des émissions de gaz de la locomotive en mouvement afin de déterminer les emplacement idéaux pour les arrivées d'air, de façon à fournir des conditions idéales aux systèmes de refroidissement. Rexroth a ainsi pu contribuer en partageant son expertise, et réagir de manière flexible et rapide aux résultats des simulations, afin de répondre à tous les besoins du fabricant de locomotives.

« La difficulté de ce projet consistait à réaliser très rapidement et dans les temps le concept innovant du multimoteur », explique Juliane Storm-Ohm. La coopération avec Rexroth a été un franc succès. Lors de la première présentation officielle du modèle au salon InnoTrans de 2012, Bombardier Transport a d'ailleurs vanté la qualité du travail de Bosch Rexroth.

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