Renault / Mercedes: des pistons en acier pour les moteurs diesel

Renault / Mercedes: des pistons en acier pour les moteurs diesel

publié le 18 août 2014
Thème: Technique automobile
Par Guillaume Darding

Tandis que l'utilisation des pistons en aluminium est généralisée au sein de l'automobile, les constructeurs montrent un regain d'intérêt pour l'acier, qui permet, grâce ses propriétés mécaniques, de réduire sensiblement la consommation de carburant, un atout de taille pour respecter les normes d'émissions Euro 6.

Avantages et inconvénients de l'acier

L'aluminium présente un avantage, et non des moindres, par rapport à l'acier: sa légèreté. A volume égal, l'acier pèse trois fois plus lourd. Or, le piston est une pièce mobile à haute vitesse et la masse influe sur le rendement du moteur.

Toutefois, l'acier étant beaucoup plus résistant aux vibrations et à la fatigue, la hauteur et l'épaisseur des pistons peut être réduite, ce qui permet de limiter (voire d'éviter) un embonpoint du piston.

La plus faible hauteur du piston réduit la surface de frottement entre le cylindre et le piston, ce qui réduit potentiellement les frottements. D'autre part, ce gain en hauteur permet, au choix, de réduire la hauteur du moteur (installation plus simple dans un environnement compact, meilleure protection des piétons en cas de choc) ou d'allonger la bielle (moins de contraintes latérales entre le piston et le cylindre).

Mercedes - comparaison entre un piston en acier et un piston en aluminium
Mercedes - comparaison entre un piston en acier et un piston en aluminium

Autre qualité de l'acier: il se déforme moins sous l'effet de la température. Alors que les blocs moteur sont généralement réalisés en fonte (dilatation thermique comparable à l'acier), l'aluminium se dilate beaucoup plus sous l'effet d'une élévation soudaine de température: potentiellement, le diamètre du piston en aluminium peut devenir légèrement plus grand que le diamètre du cylindre dans lequel il coulisse, ce qui génère alors beaucoup de frictions.

Enfin, l'acier est un moins bon conducteur thermique que l'aluminium, ce qui signifie dans le cas d'un piston qu'il y a moins de chaleur dissipée à travers ce dernier et donc, la température de la chambre de combustion est plus élevée. Ce phénomène favorise donc une meilleure combustion (celle-ci étant plus rapide du fait de la température plus élevée) ainsi qu'une réduction des émissions de gaz polluants.

Les pistons en acier sont déjà couramment utilisés pour les moteurs de camions, là où la fiabilité est primordiale et où l'argument du poids est considéré comme secondaire.

Quatres cylindres diesel Renault R9M / Mercedes OM626

Le 1.6l dCi (R9M) est fabriqué au sein de l'usine de Cléon (Seine-Maritime) et développe une puissance de 130 chevaux. Ce moteur est bâti autour d'un bloc en fonte. De fait, le jeu entre le piston et le cylindre (grâce à la dilatation thermique similaire des deux matériaux) reste relativement constant quelles que soient les conditions de température du cylindre, ce qui se traduit par une réduction du bruit et des vibrations lors d'un démarrage à froid et des frictions réduites à tous les régimes de fonctionnement.

L'axe de piston reçoit de plus un revêtement DLC (Diamond Like Carbon - technologie déjà utilisé par la marque pour les poussoirs de soupapes du 1.5l dCi Energy) pour réduire encore les frictions. Le piston reçoit un traitement anti-corrosion. Le gain en matière de consommation est estimé à environ 2%.

Moteur Renault R9M 130 chevaux - 1.6l dCi
Moteur Renault R9M 130 chevaux - 1.6l dCi

Dans le cadre des accords de coopération signés entre l'Alliance Renault/Nissan et Daimler, Mercedes assemble dans son usine de Brême (Allemagne) des moteurs 1.6l dCi Renault (R9M). Ceux-ci comportent quelques modifications par rapport au moteur fabriqué par Renault, dont une recalibration électronique (pour que le moteur corresponde aux attentes d'un conducteur de Mercedes en matière de bruit et de réponse à la pédale d'accélérateur) et un nouveau volant bimasse.

Le 1.6l dCi Twin Turbo de 160 ch n'utilisera pas à court terme ces nouveaux pistons en acier. Ce moteur a été développé en parrallèle et n'a donc pas pu bénéficier de cette dernière évolution. 

Six cylindres diesel Mercedes OM642

Le moteur équipant la Classe E350 Bluetec sera lui aussi équipé de pistons en acier. Contrairement au moteur 4 cylindres Renault, le bloc moteur est constitué d'aluminium. Cette association est problématique, en théorie, du fait des coefficients de dilatation thermique très différents entre les deux matériaux.

Les ingénieurs de Mercedes ont pris le parti de développer un piston dont le jeu est très réduit (assemblage serré) à température ambiante (rendant l'assemblage du moteur plus complexe en usine). De cette manière, dès que le moteur monte en température, le jeu entre le piston et le cylindre devient plus important et réduit sensiblement les frictions mécanique (de l'ordre de 40%).

Mercedes - revêtement de cylindre Nanoslide
Mercedes - revêtement de cylindre Nanoslide

D'autre part, les cylindres ont un revêtement spécial pour réduire encore les frictions. Développé par Mercedes et utilisé uniquement dans les moteurs AMG depuis 2006 (et depuis 2011 dans les 6 cylindres diesel BlueTEC), le revêtement Nanoslide a une épaisseur d'un dixième de millimètre et donne au cylindre l'apparence d'un miroir. Le revêtement est déposé sur le cylindre par projection à l'arc électrique sous gaz inerte.

Grâce à ces mesures, le V6 BlueTEC conserve sa puissance de 190 kW (258 chevaux) tout en abaissant les rejets de CO2 de l'ordre de 3% sur le cycle d'homologation (de 144 g/km à moins de 140 g/km).

Source: Daimler, Mahle, Federal Mogul, KS Kolbenschmidt

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Il y a 2 commentaires

xav3294

03 juin 2016 à 20h44

donc ,c'est fini les chemises de cylindres , les cylindres sont directement taillés dans le bloc moteur ! est-il possible d'avoir cylindres et pistons acier à la fois comme sur moteurs de compétition rally ? après les huiles moteurs 100 pour cent synthétiques ont une importance primordiales pour ces nouveaux moteurs et aussi la conduite à froid les 5 à 10 premiers kilomètres ,j'ai déjà entendu parler d'une R5 1200 Cléon faire 50 000 km sans vidange et sans casse moteur ,les constructeurs prennent de la marge pour les conducteurs négligents !
Guillaume Darding [administrateur]

13 juin 2016 à 11h14

Bonjour, non, ce n'est pas fini les chemises de cylindres! Il existe aujourd'hui de multiples solutions pour répondre à un même problème (la réduction des frictions dans le but de réduire les émissions polluantes.
Dans la conception d'un véhicule (et d'un moteur en particulier), il faut naturellement prendre en compte le fait que le véhicule ne sera pas forcément correctement entretenu (ie selon les recommandations du constructeur). Néanmoins, les réglementations vont finir par exiger à plus ou moins long terme que le véhicule soit entretenu selon les spécifications du constructeurs: c'est le cas par exemple avec les systèmes SCR si l'utilisateur ne fait pas le plein d'AdBlue.

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.0l Ecoboost»

il y a 17 jours

Bonjour Philoup69, d'après ce que vous décrivez, il me semble que le problème de durite (j'imagine le tuyau de dégazage du liquide de refroidissement qui a fait l'objet d'un rappel de la part de Ford) pourrait être la cause de vos soucis actuels. Il me semble probable que votre moteur ait surchauffé à cause de ce problème de durite. Pour sûr, j'ai pu répertorier plusieurs cas similaires sur les forums français et étrangers, sans que cela ne remette foncièrement en cause la bonne réputation de ce moteur.

vieri28 à propos de l'article «Essai: pneus Michelin CrossClimate»

il y a 20 jours

Bonjour, et merci pour cet essai longue durée, forcément plus intéressant et pertinent en terme de retour qu'une prise en main réalisée lors de la présentation par le fabricant, comme ce que j'ai pu lire jusqu'ici. J'utilise actuellement 2 jeux de roues (été et hiver), et cela représente un budget relativement important. J'ai la chance d'avoir encore une dimension de roue économique (195/65/R15), mais ce ne sera certainement plus le cas le jour du changement de voiture. N'habitant pas en montagne mais en plaine, la lecture de votre article me conforte sur le fait de passer sur ce pneu dans le futur.

Philoup69 à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.0l Ecoboost»

il y a 21 jours

Bonjour, Et la fiabilité ? Mon Grand C-Max Titanium est immobilisé, dans un garage Ford depuis le 11 Janvier 2017. Au départ, j'ai constaté une absence de chauffage. Premier devis: remplacement de la pompe à eau = 1 800 €. Après cette réparation, le mécanicien a remarqué un dégagement de fumée par le pot d'échappement (mauvais signe ...). Démontage et analyse de la culasse: le troisième cylindre est endommagé. Suite à une surchauffe, il faut remplacer le moteur ! Second devis: remplacement du moteur = 7 078,94 €. Mon véhicule date de fin Janvier 2013 (moins de 4 ans au moment du problème) et a 122 000 Kms (moteur EcoBoost 1.0 125 cv). En Janvier 2016, j'avais déjà eu un problème de durite à 90 439 Kms (une première alerte ?). Est-ce un problème connu du moteur Ecoboost ?

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