Présentation moteur: 2.0l diesel Mercedes OM 654

Présentation moteur: 2.0l diesel Mercedes OM 654

Guillaume Darding - 09 mai 2016

Le nouveau moteur 4 cylindres 2.0l diesel (nom de code OM 654) prend la relève du 2.2l (OM 651) présent dans la gamme Mercedes depuis 2008. Le moteur OM654 a été développé en vue de respecter les prochaines normes d'émissions Euro 6d-TEMP (applicables à partir de 2017) et Euro 6d.

(NOTE) cet article a fait l'objet d'une mise à jour en août 2020 afin de prendre en compte les évolutions suivantes :

  • adaptation du moteur pour les véhicules à moteur transversal (OM 654q)
  • Evolution des systèmes de dépollution
  • Variante à double suralimentation (OM 654 D20 G)
  • Version "électrifiée" (OM 654 M)

La norme Euro 6d est un pas important en matière de réduction des émissions de gaz polluants. En premier lieu, le cycle d'homologation NEDC cède sa place au cycle WLTP. Surtout, le nouveau processus d'homologation comportera des mesures effectuées en conditions de conduite réelles.

Mercedes OM654 - vue sous capot moteur de la Classe E

Architecture générale

Le moteur OM 654 est bâti autour d'un bloc moteur en aluminium tandis que les pistons sont en acier. Par rapport à son prédécesseur, le nouveau 2.0l voit sa course réduite à 92,3 mm (contre 99 mm auparavant). L'alésage évolue lui-aussi avec 82mm (contre 83mm précédemment). Toutefois, ces nouvelles caractéristiques font toujours du moteur OM 654 un moteur à l'architecture longue course, privilégiant le couple à bas régime plutôt que les haut régimes. 

L'espacement entre les cylindres a été réduit de 94 mm à 90 mm, ce qui permet de gagner de précieux millimètres en longueur.  La longueur n'a pas été le seul point d'amélioration, la hauteur du moteur a fait l'objet de mesure spécifiques. Réduire la hauteur du moteur permet d'abaisser le centre de gravité, mais aussi de réduire les risques de blessures sévères en cas de choc piéton sur le capot. 

Pour ce faire, Mercedes a reconduit le positionnement de la chaîne de distribution à l'arrière du moteur (lorsque le moteur est en position longitudinale). La chaîne ne nécessite normalement pas de remplacement durant la durée de vie du moteur. Néanmoins, cette disposition est de nature à rendre les opérations de contrôle (contrôle de la tension par exemple) plus compliquées.

Mercedes OM 654 - chaîne de distribution

Le moteur OM654 est aussi disponible sur les modèles à moteur transversal (classe A et carrosseries dérivées) dans une version dénommée OM 654q. Dans ce cas, c'est le système d'échappement qui se retrouve à l'arrière du moteur. Certains composants ont été modifiés et/ou déplacés pour s'adapter à cette architecture. Au global, les technologies présentes sont les mêmes quelle que soit la position du moteur.

Par rapport à son prédécesseur, le moteur OM 654 est plus léger de l'ordre de 35 kg

Suralimentation

Le moteur OM654 est équipé d'un unique turbo à géométrie variable (VGT). Il est refroidi par eau. Dans sa version la plus puissante (OM 654 D20 G) développant 180 kW (240 chevaux) et 500 N.m, Mercedes fait appel un double turbocompresseur. Il comporte un premier turbocompresseur à géométrie variable qui est réactif dès les plus bas régimes et un second turbocompresseur à géométrie fixe.

OM 654 D20 G - Suralimentation à double étage Borgwarner R2S

Au fur et à mesure que le régime moteur et/ou la charge augmentent, une soupape de décharge s'ouvre progressivement afin de dévier les gaz vers le second turbocompresseur qui va procurer un maximum de pression de suralimentation afin d'augmenter le couple et la puissance en conséquence.

Optimisation de la combustion 

Le taux de compression est de 15,5, un taux plutôt faible pour un moteur diesel qui n'est pas sans rappeler la philosophie de Mazda (technologie Skyactiv-D). Le moteur compte quatre soupapes par cylindre actionnées par des linguets à rouleaux. 

Mercedes OM654 - arbres à cames et linguets à rouleaux

L'injection de carburant se fait directement à l'intérieur des cylindres à une pression pouvant atteindre 2.050 bars, une valeur dans la moyenne pour un 4 cylindres diesel (à l'exception de Volvo dont la pression est portée à 2.500 bars). Dans sa variante à double turbocompresseur étagés (OM 654 D20 G), la pression d'injection peut atteindre 2.500 bar.

D'autre part, le bol du piston étagé permet d'obtenir un taux de combustion plus élevé, favorable à une diminution des émissions de gaz polluants (notamment au sujet des particules fines. 

Mercedes OM 654 - bol de piston étagé

Systèmes de dépollution

Comme il a été évoqué précédemment, le moteur OM 654 a été développé dans l'optique d'être conforme aux futures évolutions de la norme européenne Euro 6d applicables à partir de 2017 pour les nouveaux types de véhicule. Pour ce faire, le nouveau 2.0l diesel est équipé de deux EGR (dispositif de recirculation des gaz d'échappements), d'un filtre à particules et d'un SCR

Le premier EGR prélève les gaz au niveau du collecteur d'échappement. Les gaz ainsi prélevés passent à travers un échangeur refroidi par eau pour abaisser la température. Le second EGR prélève les gaz après le SCR. Les gaz ainsi prélevés sont plus "propres" car ils sont passés à travers les dispositifs de dépollution. Néanmoins, en raison d'une contrepression moindre, il est plus complexe de rediriger les gaz vers l'admission moteur plutôt que vers les silencieux. 

Outre les deux EGR, le système de traitement des gaz se compose d'un catalyseur d'oxydation (DOC), d'un filtre à particules intégrant un revêtement de type SCR (SDPF) et d'un catalyseur supplémentaire SCR pour réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx). 

Jusqu'à présent chez Mercedes, les dispositifs de réduction des NOx (SCR) étaient implantés sous le plancher du véhicule. Cette disposition a pour avantage de garantir un bon mélange entre les gaz d'échappement et l'urée. Elle a surtout comme inconvénient majeur d'être dans une zone plus froide (car éloignée du moteur et partiellement soumise à la circulation de l'air sous le véhicule. Ce point est néfaste pour obtenir une bonne efficacité des réactions chimiques lors d'un démarrage à froid.

Mercedes OM 654 - systèmes de dépollution Euro 6d-TEMP / comparaison avec OM651

Surtout, ce moteur étant destiné à être proposé sur une vaste quantité de modèles et aucun modèle n'ayant un tunnel de transmission identique, cela crée un risque de se retrouver avec une multitude de géométries différentes. Il faut donc, pour chaque type de modèle (moteur en position longitudinale ou transversale, traction ou 4 roues motrices, etc.) refaire de nouvelles études pour optimiser les réactions au sein du dispositif SCR. 

En accrochant désormais les systèmes de dépollution directement sur le moteur, les systèmes sont à température bien plus rapidement et surtout, quel que soit le modèle dans lequel le moteur est monté, les performances du système de dépollution restent quasi-identiques. Il n'y a donc pas de développement supplémentaire à faire lorsqu'il s'agit d'implanter le moteur dans un nouveau véhicule.

En revanche, la mise au point d'un tel dispositif est plus complexe car il y a une très courte distance entre l'injection d'AdBlue dans la ligne d'échappement et l'entrée du substrat SCR. De fait, le mixeur joue un rôle majeur (situé entre le point d'injection et le SDPF) pour assurer à la fois une conversion rapide de l'AdBlue en urée, une bonne homogénéité entre les gaz d'échappement et l'urée et une bonne uniformité des gaz à l'entrée du filtre à particules.

Mercedes OM654 - Détail systèmes de dépollution Euro 6d-TEMP

Néanmoins, afin de satisfaire aux dernières évolutions des essais en conditions de conduite réelles (réduction du facteur de conformité) des normes Euro 6d, Mercedes a du se résoudre à équiper l'OM654 d'un second SCR sous le plancher. Un deuxième injecteur permet d'alimenter en ammoniaque cet SCR additionnel.

Dans sa version à double turbocompresseur, le catalyseur d'oxydation a aussi une fonction de piège à NOx. Ainsi, lors des démarrages à froid, les oxydes d'azote sont stockés temporairement dans ce piège, le temps que les systèmes SCR soient à la bonne température pour traiter les NOx.

Mercedes OM654q - Système de dépollution Euro 6d

Enfin, dans le but de conserver la chaleur à l'intérieur de la ligne d'échappement (au bénéfice de l'efficacité des dispositifs de traitement des gaz, notamment à froid et à faible charge), de diminuer la température de surface (les composants périphériques sont moins exposés aux hautes températures) et de réduire partiellement le bruit au sein de la baie moteur, les systèmes de dépollution sont complètement isolés thermiquement.

Hybridation légère : moteur OM654 M 

Cette nouvelle variante se base sur la version à double turbocompresseur (OM654 D20 G). Si elle conserve une cylindrée de 2.0 l, elle voit sa course augmentée à 94 mm : sa cylindrée exacte passe donc de 1950 cm3 à 1993 cm3.

La version OM654 M est pourvue de 2 turbocompresseurs à géométrie variable (contre 1 seul à géométrie variable et un à géométrie fixe sur la version D20 G) et la pression d'injection peut désormais atteindre 2.700 bar.

D'autre part, les pistons sont désormais pourvus d'un canal de refroidissement rempli de sodium afin de limiter les pics de température dans certaines zones critiques du piston.

Mercedes OM654 - alterno-démarreur intégré ISG 48V

La variante OM654 M est une version dite électrifiée : elle intègre un alterno-démarreur (logé à l'entrée de la boîte de vitesses automatique) capable de fournir jusqu'à 15 kW de puissance. L'OM654 M peut compter sur une alimentation électrique en 48 V.

Enfin, le compresseur de climatisation est actionné à l'aide d'un moteur électrique (plutôt que d'être entraîné par la courroie accessoires du moteur).

Production

Les principaux composants du moteur sont fabriqués dans l'usine d'Untertürkheim (Stuttgart). Les pièces sont ensuite expédiées à Kölleda (Thüringen, centre de l'Allemagne, à 400 km au nord-est de Stuttgart) pour l'assemblage final du moteur chez MDC Power.  

Mercedes OM654 -  ligne d'assemblage MDC Power

MDC Power est une entreprise détenue à 100 % par Daimler. Elle produit des moteurs pour Mercedes depuis 2003 (plus de 5 millions de moteurs produits depuis la création de l'usine) et emploie plus de 1.000 personnes. 

Outre le nouveau 2.0l diesel (OM 654), MDC Power fabrique les 4 cylindres essence M270 (1.6l à 2.0l à injection directe) et M133 (2.0l équipant les modèles AMG avec une implantation du moteur transversale / A, CLA, GLA). Enfin, MDC Power poursuit la production du prédécesseur OM 651.

Crédits photos: Daimler / MDC Power / Borgwarner (double suralimentation)

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 27 commentaires):

Oswald FARIN

24 mars 2019 à 20h21

Bonjour, quelle est la périodicité des entretiens, c était 1 an 20000km sur le om651.. Mercedes a t il amélioré les performances ce point ?
Guillaume Darding [administrateur]

25 mars 2019 à 19h10

Bonjour Oswald,

à ma connaissance, les entretiens sur les Mercedes actuelles (dont celles équipées d'un OM 654) est de 1 an ou 25.000 km.
Combes Fabrice

12 novembre 2019 à 05h41

Bonjour Guillaume, je compte acheter prochainement un classe v 300d il a 239 cv il y a 1 ou 2 turbo? Le 250d est il plus recommandable ? Quand pensez vous vu le système avec 2 egr et 2 filtres à particules et vu que je suis taxi et ce moteur a une boite 9 je vais être en régime moteur très bas je mets on va dire 1 plein sur 3 d excelium que faudra t il pour éviter l l'encrassement avant qu il ne soit trop tards... merci d avance pour votre réponse
Guillaume Darding [administrateur]

12 novembre 2019 à 14h53

Bonjour Fabrice,

concernant le 300d, il compte normalement 2 turbocompresseurs : 1 "gros" à géométrie variable et un "petit" à géométrie fixe (ce dernier étant là pour apporter du couple dès les plus bas régimes).

Au niveau des systèmes de dépollution, il y a bien 2 EGR (1 haute pression et 1 basse pression). En revanche, sauf erreur de ma part, il n'y a qu'un filtre à particules.
Le système de dépollution est ainsi décomposé en partant du turbo :
- 1 DOC
- 1 injecteur d'AdBlue + mixeur
- 1 filtre à particules (intégrant un revêtement pour les réactions SCR pour réduire les NOx)
- 1 SCR (pour réduire les émissions de NOx)

En tant que taxi, je peux estimer que vous avez certes beaucoup de petits trajets, mais votre véhicule étant beaucoup en fonction, le moteur a suffisamment de temps pour lancer des régénérations actives du filtre. Quant à l'encrassement de l'EGR, il est principalement dû à l'accumulation des démarrages à froid et de courts trajets (le moteur n'a jamais le temps de monter en température), ce qui ne devrait pas être votre cas, en tout cas, pas systématiquement. Si tel était tout de même votre cas, je vous recommande de faire régulièrement (1 fois par semaine environ), un trajet type autoroutier / voies rapides pendant 30 minutes.

Enfin, on peut aussi penser à effectuer un décalaminage (tous les 6 mois à un an) du moteur : il semblerait que cette technique offre de bons résultats pour préserver son moteur (à ma connaissance, quelques flottes de véhicules testent le bien-fondé / l'efficacité de cette technologie). Je parle au conditionnel car je manque de recul sur ce type de prestation.
pjmdur

12 août 2020 à 15h57

Bonjour Guillaume.

Je m'intéresse à ce moteur 2L qui apparaît en puissance 150CV sur les derniers GLA.
Il est parfois difficile de s'y retrouver dans toutes les versions.
S'agit-il d'une évolution du moteur dont il est question dans cet article?

Cordialement.
Guillaume Darding [administrateur]

13 août 2020 à 09h17

Bonjour pjmdur, le GLA 200d est effectivement pourvu du OM654 présenté dans cet article avec quelques modifications d'importance : dans l'article, les photos font référence à un moteur monté longitudinalement tandis que le GLA a un moteur en position transversale. Il utilise donc la variante OM654q (q provenant de quer - transversal en allemand). Nombre de composants ont été repositionnés sur le moteur / modifiés pour s'adapter à l'architecture transversale (afin de minimiser la hauteur sous capot et garantir une bonne protection en cas de choc piéton) mais les fonctionnalités sont identiques.

D'autre part, par rapport à la version décrite dans l'article, un second SCR (similaire à la SCR box qui était présente dans le cas du OM651) a été ajouté afin de satisfaire aux dernières évolutions des normes Euro 6 (tests en conditions de conduite réelles RDE en particulier). A noter que cette évolution concerne aussi les OM654 montés longitudinalement.
pjmdur

14 août 2020 à 15h10

Merci pour cette info...

J'ai une autre question:
Les derniers moteurs diesel sont annoncés avec double SCR pour respecter les dernières normes Euro.
Qu'en est il de ce système?
Cela complexifie-t-il encore ces moteurs avec peut être une conso plus importante d'adblue?

Cordialement
Guillaume Darding [administrateur]

14 août 2020 à 23h56

L'augmentation de la consommation d'Adblue n'est pas systématique : les 2 systèmes SCR ne sont pas forcément utilisés en même temps.

Disons que la règle générale, c'est d'utiliser principalement le premier SCR lorsque le moteur est froid car les gaz d'échappement seront plus chauds à cet endroit (et il y a une température minimale en-deça de laquelle les SCR ne sont pas efficaces. Lorsque le moteur est à température, c'est plutôt le deuxième SCR qui va être utilisé (au-delà d'une certaine température, les réactions chimiques sont moins efficaces aussi...).

Donc, l'idée, c'est d'utiliser l'un ou l'autre SCR plutôt que les 2 en même temps afin de ne pas gaspiller inutilement de l'AdBlue. Maintenant, en cas de forte accélération par exemple, les 2 SCR vont certainement être en fonction simultanément car on va viser une efficacité maximale au détriment de la consommation d'Adblue.
pjmdur

23 août 2020 à 10h40

Merci Guillaume pour ces éclaircissements.

Je suis intéressé par ce moteur pour un futur achat.
Dans le contexte actuel de mévente des diesels, Mercedes semble faire un effort de prix sur ces versions vs moteurs essence.
Mais il y a quand même,relativement peu de Mercedes en France, surtout que la multiplication des modèles n'aide pas à clarifier le sujet. Et ce sont la plupart du temps des véhicules choisis par les gros rouleurs.
Un GLA 200D(boite 8V) est vendu à peine plus cher que la version essence "Renault" + Getrag 7V.
Dans les forums, on entend pas parler de problèmes de FAP avec ce constructeur.
J'ai une utilisation de "retraité"avec presque tous les jours de petits trajets de campagne plus des trajets plus longs de temps en temps d'une centaine de Km.
Je crains des problèmes dans ces conditions d'utilisation.
Vous en pensez quoi?
Merci...
Guillaume Darding [administrateur]

24 août 2020 à 17h56

Bonjour pjmdur,

Si vous faites vos longs trajets régulièrement (une fois par semaine ou une fois toutes les 2 semaines), le diesel peut être approprié.

Mais, même dans l'hypothèse où vous ne feriez pas de longs trajets assez régulièrement, il faut voir qu'il y a désormais tout un tas de mesure qui ont été prises pour régénérer le FàP lorsque le moteur n'est pas encore suffisamment chaud, avec, notamment de la post-injection (on va brûler une partie du carburant tardivement de manière à ce qu'une partie de la combustion intervienne dans le collecteur plutôt que dans le cylindre, ceci afin de permettre une élévation de la température des gaz d'échappement au niveau du filtre), mais cela se fera au détriment de la consommation et vous noterez régulièrement que votre ventilateur se met en marche à l'arrêt, même lorsque la température extérieure n'est pas élevée : cela est dû au fait que la température de l'échappement est élevée pour forcer la régénération du filtre et qu'il faut refroidir l'ensemble du moteur pour éviter la surchauffe. C'est surprenant, mais rien d'inquiétant.

En fait, techniquement, il n'y aura pas forcément de problème avec un diesel désormais sur des petits trajets, il faut surtout voir au niveau de tous les autres critères d'achat (agrément de conduite, sonorité moteur, prix d'achat, valeur de revente,...)

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Commentaires
pjmdur à propos de l'article «Présentation moteur: Peugeot 1.2l Puretech turbo»

Hier

Merci Guillaume pour votre réponse. Il est clair qu'il devait y avoir une petite difficulté dans l'utilitaire PSA, j'ai eu l'impression que cela recouvrait deux casses 6d et 6d temp pour un véhicule fabriqué fin 2018.

Pascal29 à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Avant-hier

Je plussoie Guillaume; bien pour ça que le seul diesel à la maison est celui qui me sert à travailler et à faire la route des vacances; les 3 autres sont des essences (sans turbo, fap et autre cochonnerie), pas très puissants (70, 82 et 85 ch), mais très bien pour ne faire que de la ville et un peu de voies rapides (et mon petit cabriolet pour les WE ensoleillés, 146 ch pour faire joujou ! ;-)

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Avant-hier

Bonjour Larst et Pascal29, si le moteur essence consomme plus que son homologue diesel, il ne faut pas oublier qu'il y a une différence de prix à l'achat (de l'ordre de 2.000 € à puissance équivalente) qui peut compenser cela (bien évidemment, cela dépend de votre profil de conduite, de votre kilométrage, etc.). Concernant l'aspect pollution, si on prend uniquement l'aspect CO2, le diesel reste bien évidemment avantageux. Si on prend en considération les autres gaz polluants, la comparaison est plus complexe voire impossible ! Dans tous les cas, je reste persuadé que la meilleure solution reste un mix énergétique et non une solution unique. L'histoire récente a effectivement montré qu'en favorisant l'achat de moteurs diesel uniquement, il serait indispensable d'en tirer les conséquences et ne pas se contenter d'enterrer le diesel.

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