Moteur

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Introduction

Le nouveau moteur M139 des modèles Mercedes-AMG A 45 et A 45 S est un moteur essence à montage transversal quatre cylindres en ligne avec injection directe et injection dans la tubulure d'admission combinées.

Avec sa cylindrée de 2,0 litres, le moteur est proposé en 2 niveaux de puissance : 285 kW et 310 kW.

En raison de la conception transversale du moteur, le turbocompresseur et le collecteur d'échappement du moteur se situent, du point de vue du sens de la marche, à l'arrière sur le côté de la paroi de séparation de l'habitacle. Le système d'admission est lui placé à l'avant. Cet agencement a permis de concevoir un avant de véhicule aux propriétés avantageuses, à la fois plat et aérodynamique, et d'améliorer le guidage d'air du côté admission comme échappement.

Vue d'ensemble des autres nouveautés

 Refroidissement par zone (section cooling) avec 3 circuits de refroidissement

 Commande moteur

 CAMTRONIC côté échappement

 Distribution à l'arrière avec variateur d'arbre à cames

 Mécanisme de distribution avec culbuteurs à rouleau et à galet

 Injection combinée directe-dans la tubulure d'admission

 Suralimentation avec turbocompresseur twin-scroll arrière et actuateur volet de régulation de pression

 Purge du bloc-cylindres intégrée au répartiteur d'air de suralimentation

 Belt in Oil pour le fonctionnement de la pompe à huile

 Système d'échappement

Refroidissement par zone (section cooling) avec 3 circuits de refroidissement

La puissance du moteur ayant été augmentée pour passer à 310 kW, des modifications ont du être apportées au système de refroidissement du M139. Durant la conception du moteur, les ingénieurs ont eu un objectif précis : parvenir à un refroidissement maximal pour aboutir à une puissance maximum, le tout conjugué à une réduction de la consommation de carburant.

Pour réussir à obtenir un tel résultat, le moteur M139 est équipé d'un système de refroidissement par zone composé de trois circuits fonctionnant indépendamment les uns des autres :

 Circuit haute température

 un circuit moyenne température et

 un circuit basse température.

L'ensemble des circuits de refroidissement est régulé par le calculateur chaîne cinématique (N127). Il analyse les données des capteurs de température et régule selon les besoins la pompe électrique à liquide de refroidissement du circuit haute température et les vannes de régulation. Les circuits haute température et moyenne température sont équipés de thermostats mécaniques.

Dans le cadre du système de refroidissement par zone, le rôle du circuit haute température est d'assurer le refroidissement du bloc-cylindres. Une pompe électrique à liquide de refroidissement fait circuler le liquide de refroidissement dans le circuit haute température. Le bloc-cylindres étant dorénavant protégé contre des températures pouvant aller jusqu'à 125 °C, le thermostat du circuit haute température ne s'ouvre qu'à partir d'une température d'env. 115 °C et complètement qu'à partir d'une température d'env. 120 °C. Cette modification permet de réduire la chaleur dissipée dans tous les circuits et d'optimiser la dissipation de la chaleur côté véhicule.

Le rôle du circuit moyenne température est de refroidir la culasse. Pour rendre cela possible, une pompe mécanique à liquide de refroidissement fait circuler le liquide de refroidissement dans le circuit. Le thermostat reste fermé jusqu'à une température de liquide de refroidissement d'env. 73 °C et s'ouvre complètement à partir d'une température d'env. 80 °C. Le circuit moyenne température est par ailleurs équipé d'une vanne de régulation contrôlant le flux de l'échangeur thermique huile moteur/eau. Elle régule la température d'huile à 110 °C. Le débit total de liquide de refroidissement du circuit moyenne température a été augmenté pour passer à un volume de 370 l/min sur la culasse, optimisant dans le même temps la dissipation de la chaleur.

Le circuit basse température est un circuit non régulé dont la température de service est comprise entre 50 et 70 °C. C'est une pompe électrique qui y fait circuler le liquide de refroidissement. L'air de suralimentation est indirectement refroidit par le liquide de refroidissement du circuit basse température.

Autres avantages du système de refroidissement par zone :

 Grande efficacité du refroidissement de culasse

 Optimisation de la consommation grâce :

 à l'utilisation d'huile de synthèse à faible viscosité,

 à la température de paroi de cylindre plus élevée,

 au liquide de refroidissement stagnant dans le carter-moteur lors de la mise en température,

 au débit de liquide de refroidissement réduit dans le carter-moteur et

 au chauffage de l'huile moteur par le biais du circuit moyenne température et le liquide de refroidissement stagnant dans le circuit haute température.

 Refroidissement d'huile selon les besoins du moteur

 Chauffage de l'huile de boîte lors de la mise en température

 Sur le modèle A 45 S, le circuit basse température reçoit un échangeur thermique eau/réfrigérant permettant un refroidissement d'air de suralimentation supplémentaire lorsque le véhicule est utilisé dans des conditions de course et que la température extérieure est élevée.

 Pour obtenir de plus amples informations à ce sujet, consultez la description de fonctionnement "Gestion thermique - Fonction de base" GF07.10-P-9900A.

 Les circuits haute température et moyenne température doivent être vidés et purgés à l'occasion de toute opération de maintenance ou de réparation. Veuillez consulter les séquences de contrôle et de réparation "Verser le liquide de refroidissement et purger le système de refroidissement" AR20.00-P-1142-04A.

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Commande moteur

CAMTRONIC côté échappement

Le M139 est équipé d'un CAMTRONIC côté échappement, et ce pour toutes les variantes de puissance.

En fonction de l'utilisation du moteur et du souhait du conducteur, le profil optimal de came est engagé. Deux bossages différents sont à disposition : toutes les soupapes d'échappement sont actionnées avec pour chacune le même bossage. La commutation s'effectue par le biais de segments de cames axiaux coulissants. Ce sont en revanche des actuateurs électriques qui activent la commutation de manière efficiente. Les actuateurs ne nécessitent de l'énergie que durant le passage de rapport et sont ensuite hors tension.

Ceci entraîne les avantages suivants:

 Établissement rapide de la pression de suralimentation en charge partielle inférieure dynamique

 Haute dynamique des gaz d'échappement en marche dynamique (charge partielle inférieure)

 Temps de réponse du turbocompresseur amélioré

 Réduction des pertes de balayage des gaz

 Optimisation du confort et de la consommation en charge partielle inférieure stationnaire

Régleur de phase admission et échappement

Un régleur pour l'arbre à cames d'admission et un pour l'arbre à cames d'échappement permettent de réguler par phase et séparément les calages de chaque arbre. Les arbres à cames sont tournés dans le sens opposé à celui du vilebrequin, modifiant la sortie d'échappement et l'entrée d'admission. Le chevauchement des soupapes peut alors être varié : un important chevauchement amène l'échappement à se fermer tardivement et l'admission à s'ouvrir prématurément.

Lors d'une charge partielle, de forts chevauchements des soupapes parviennent à abaisser la température de combustion et à réduire la formation d'oxyde d'azote (NOx). Du côté des gaz d'échappement, une nouvelle aspiration des gaz d'échappement permet d'obtenir l'effet d'un recyclage des gaz d'échappement interne.

Un petit chevauchement amène l'échappement à se fermer prématurément et l'admission à s'ouvrir tardivement. De petits chevauchements des soupapes empêchent un flux d'air trop important dans le canal d'échappement et de gaz d'échappement dans le canal d'admission lors du ralenti. À pleine charge, un renouvellement d'air produit un effet de recharge avec un couple augmenté.

 Pour obtenir de plus amples informations sur la distribution, consultez la description de fonctionnement "Distribution - Fonction de base" GF05.00-P-1001A.

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Injection combinée directe-dans la tubulure d'admission

L'injection du moteur M139 est effectuée pour la première fois par le biais d'une injection combinée biétagée directe-dans la tubulure d'admission. La pression d'injection de carburant atteint jusqu'à 200 bar. Une pompe à un piston est utilisée avec une vanne de régulation de débit intégrée au module de pompe pour générer de la haute pression. Le carburant est amené d'un côté via un rail haute pression aux injecteurs qui, disposés centralement, mènent à la chambre de combustion. Des vannes de régulation à commande piézo sont utilisées comme injecteurs.

Pour répondre aux demandes du moteur M139 en pleine charge, le système comprend également une injection dans la tubulure d'admission avec électrovannes. L'alimentation en carburant à commande électronique fonctionne avec une pression de 6,7 bar.

Les injecteurs supplémentaires sont actionnés en pleine charge dans les conditions suivantes :

 Régime moteur > 3 500 tr/min

 Charge du moteur  60 %

Le M139 est exclusivement conçu pour un procédé de combustion homogène. Une importante stabilité impulsionnelle avec un effet rétroactif sur le comportement "NVH" est obtenue en raison de la dynamique élevée du processus d'injection avec des durées d'ouverture minimales.

Les paramètres suivants ont permis d'élaborer une injection avec moins d'émissions sonores :

 Nombre d'impulsions d'injection

 Course d'injecteur

 Gradient d'ouverture

 Pression d'injection

Dans la valve de commande de débit de la pompe à carburant haute pression, qui y régule l'arrivée de carburant, les composants mobiles sont allégés.

Ce pack de mesures est également accompagné d'un meilleur découplage des injecteurs sur leur surface d'appui au niveau de la culasse à l'aide d'un disque ajouré plus souple. Ses propriétés d'amortissement améliorées permettent une atténuation de transmission des impulsions dans le bruit de structure.

Dans ce cadre, la condition de base est que les piézoinjecteurs conservent durant toute la durée de vie du moteur leur position exacte dans la chambre de combustion. Cependant, la rigidité du disque ajouré a pu être réduite env. de moitié par rapport au moteur précédent.

 Pour obtenir de plus amples informations sur la distribution, consultez la description de fonctionnement "Fonction de base : préparation du mélange" GF07.00-P-1000A.

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Suralimentation avec turbocompresseur twin-scroll arrière et actuateur volet de régulation de pression

Une révision complète des composants de redirection de l'air en amont de la chambre de combustion était la condition essentielle pour parvenir à une nette augmentation de la puissance du moteur par rapport à son prédécesseur, le M 133.

Le filtre à air et la grille d'entrée d'air ont été revus et adaptés à la place disponible dans le compartiment moteur. Ce faisant, les exigences relatives à la protection piétons devaient également être prises en compte.

Le guidage d'air est conçu de sorte à ce que les trajets du flux présentent le moins de résistance possible afin d'atteindre des rapports de flux favorables dans les conditions présentes.

Outre l'impact de la conception du balayage des gaz, le mouvement de la charge a aussi un impact important sur un couple élevé dans la majeure partie de la plage de régime, sur une consommation de carburant réduite et sur des émissions de gaz d'échappement moindres. Pour cela, une turbulence élevée est créée par une conception appropriée de la culasse, ce qui permet d’améliorer encore la combustion.

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Suralimentation

Le noyau de la suralimentation est un turbocompresseur biétagé, résistant aux sollicitations jusqu'à 980 °C. L'isolation intégrale du boîtier de roue de turbine permet de protéger les composants à proximité. Les flux dans le collecteur sont séparés. Les cylindres 1 et 4 et cylindres 2 et 3 sont eux regroupés selon leur ordre d'allumage.

Régulation de la pression de suralimentation - Déroulement fonctionnel

Afin de pouvoir exploiter le plein potentiel du turbocompresseur, la régulation de la pression de suralimentation a également été complètement repensée. L'actionneur à actionnement par dépression employé jusqu'à présent est remplacé par un actionneur électrique pour le volet de régulation de pression de suralimentation wastegate. Ses informations de retour sur la position et une vitesse de déclenchement plus rapide ont permis d'améliorer nettement la régulation de la pression de suralimentation ainsi que le diagnostic.

La régulation de la pression de suralimentation s'effectue via l'actuateur volet de régulation de pression de suralimentation. Il est piloté en fonction d'une courbe caractéristique et de la charge moteur, pour régulation de la pression de suralimentation par le calculateur ME. À cet effet, le bloc électronique ME évalue les signaux des capteurs et des fonctions de gestion moteur suivants:

 Capteur de pression et de température avant papillon des gaz, pression de suralimentation et température de l'air de suralimentation

 Capteur de pression et de température en aval du papillon des gaz, pression de suralimentation et température de l'air de suralimentation

 Capteur de pression après filtre à air, pression d'aspiration

 Capteur de pédale d'accélérateur, demande de charge par le conducteur

 Capteur Hall vilebrequin, régime moteur

 Régulation anti-cliquetis, protection contre la surcharge de la boîte de vitesses, protection de surchauffe

Pour diminuer la pression de suralimentation, le flux des gaz d’échappement, qui entraîne la roue de turbine, est dévié par l’ouverture du volet de régulation de la pression de suralimentation, via un by-pass.

L'actuateur volet de régulation de pression de suralimentation actionne sur une tringlerie le volet de régulation de pression de suralimentation, lequel permet le bypass. Une partie du flux des gaz d’échappement est dirigé sur la roue de turbine via le by-pass, grâce à quoi la pression de suralimentation est régulée et le régime de turbine est limité. Ceci permet d'adapter la pression de suralimentation à la demande instantanée de charge moteur.

Pour surveiller les rapports actuels de pression et de température dans le cheminement de l’air de suralimentation du turbocompresseur au répartiteur d’air de suralimentation, le calculateur ME évalue les capteurs de pression et de température et adapte la pression de suralimentation aux exigences du moteur.

 Pour obtenir de plus amples informations sur la distribution, consultez la description de fonctionnement "Suralimentation - Fonction de base" GF09.00-P-9900A.

Purge du bloc-cylindres intégrée au répartiteur d'air de suralimentation

La ventilation et purge du bloc-cylindres sur le M139 est effectuée via le répartiteur d'air de suralimentation.

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Belt in Oil pour le fonctionnement de la pompe à huile

Le M139 est alimenté en huile via une pompe à huile à commande mécanique et régulation de pression. L'entraînement est effectué par le vilebrequin via une chaîne sur la pompe à eau puis d'une Belt in Oil sur la pompe à huile. Au moyen d'une soupape électrique intégrée dans le bloc-cylindres, des pressions d'huile variables peuvent être réglées en se basant sur la courbe caractéristique et en fonction de la charge du moteur, de son régime et de la température d'huile afin de réduire la puissance d'entraînement, en particulier dans la plage de charge partielle. Le filtre à huile remplaçable est intégré par un module de filtre à huile/refroidisseur d'huile vissé sur le carter d'huile. Le refroidissement de l'huile s'effectue au moyen d'un échangeur thermique huile-eau de refroidissement, qui est vissé solidement comme élément du module.

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Système d'échappement

Le nouveau moteur M139 des modèles Mercedes-AMG A 45 et A 45 S est équipé du système d'échappement AMG Performance commutable avec régulation du papillon. La commande s'effectue via une cartographie fonction de :

 Programme de conduite AMG DYNAMIC SELECT

 Position de la pédale d'accélérateur

 Régime-moteur

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