Présentation moteur: au coeur de la BMW M4 GTS

Présentation moteur: au coeur de la BMW M4 GTS

Guillaume Darding - 27 octobre 2015

Officiant en tant que voiture de sécurité pour les compétitions de MotoGP depuis le début de la saison 2015, la BMW M4 GTS est désormais accessible au grand public. Son système d'injection d'eau à l'admission est une innovation marquante: elle a permis au motoriste d'optimiser sensiblement la puissance du moteur.

Caractéristiques générales

Le moteur de la M4 GTS reprend le moteur de la M4 dans les grandes lignes. Il s'agit d'un 6 cylindres en ligne de 3,0l de cylindrée à injection directe d'essence. Il est suralimenté à l'aide de 2 turbocompresseurs à simple flux et de taille identique. Ils fonctionnent en parallèle et procurent une suralimentation pouvant atteindre 1,5 bar.

Chacun des turbocompresseurs est équipé d'une soupape de décharge actionnée électriquement. Cette dernière est plus réactive que les soupapes pneumatiques et permet, par ailleurs, un contrôle plus précis de la pression de suralimentations.

BMW M4 GTS - vue d'ensemble du groupe motopropulseur

Le moteur de la M4 GTS est construit à partir d'un bloc en fonte d'aluminium. Les chemises de cylindres sont elles-aussi en aluminium, elles reçoivent un traitement déposé par projection à l'arc. Ce traitement, similaire à celui réalisé sur certains moteur Mercedes diesel et AMG, permet de réduire de manière significative les frictions entre le piston et le cylindre.

Le carter d'huile est en magnésium, ce qui a permet de réduire le poids de ce composant de 1 kg par rapport à la même pièce en aluminium. Le vilebrequin est en acier forgé tandis que les pistons sont en aluminium. Les pistons reçoivent eux-aussi un revêtement spécifique à base de graphite (dénommé Graphal, le traitement est effectué par Mahle, le fournisseur des pistons).

BMW M4 GTS - vue de dessus du moteur

Son architecture est de type longue course avec une course de piston de 89,6 mm pour un alésage de 86 mm. Le taux de compression est de 10,2:1. La pression d'injection de carburant peut atteindre 200 bars. 

Il délivre une puissance de 368 kW (500 chevaux) au régime moteur de 6.250 tr/min pour un couple de 600 N.m entre 4.000 et 5.500 tr/min. Par rapport à la M4 classique, la puissance est en augmentation de 70 chevaux et le couple de 50 N.m.

La pompe à eau est entraînée par le vilebrequin (elle est normalement entraînée électriquement sur les autres modèles de la gamme BMW dont le moteur dérive).

Loi d'ouverture des soupapes

Le moteur de la M4 GTS est classiquement équipé des systèmes double Vanos et Valvetronic.

Le double Vanos est un système de calage variable des soupapes en continu. Le système est activé hydrauliquement. En théorie, un actionneur électrique (à l'image du VVT-iW proposé par Toyota) permet d'obtenir un calage sur une étendue plus large, la technologie utilisée par BMW montre néanmoins que la plage de variation est large (70° à l'admission, 55° à l'échappement).

Le Valvetronic permet de contrôler la levée des soupapes à l'admission et permet de se passer d'un papillon à l'admission pour contrôler le flux d'air. En revanche, le Valvetronic n'agit pas sur la durée d'ouverture des soupapes. Le système est activé à l'aide d'un servomoteur électrique.

BMW Valvetronic - levée variable des soupapes

De l'eau dans le moteur

Par rapport à la M4, la M4 GTS a vu sa pression de suralimentation augmentée de 0,2 bar. Toutefois, il n'était pas possible de réaliser cette opération sans risque pour la fiabilité, le moteur de la M4 étant déjà un moteur largement optimisé pour la performance.

BMW M4 GTS - vue de dessus moteur sans l'échangeur air/eau - injecteurs d'eau

Lorsque le moteur est suralimenté, l'air compressé est à une température bien supérieure à celle de l'air atmosphérique (de l'ordre de 70 °C à haut régime), bien qu'il passe à travers un échangeur air/eau pour être refroidi (il serait plutôt aux alentours de 150 °C dans le cas contraire). Naturellement, plus l'air est compressé, plus il devient chaud.

Plus l'air est chaud, plus le risque de cliquetis est élevé (détonation non contrôlée à l'intérieur du cylindre). Au mieux, cela conduit à une détérioration des performances. Dans le pire des cas, cela peut causer des dommages irrémédiables au moteur.

BMW M4 GTS - injection d'eau à l'admission pour refroidir l'air chaud

Pour augmenter la puissance sans augmenter le risque de cliquetis, le motoriste bavarois a choisi d'injecter une fine quantité d'eau à l'admission. Outre le fait d'être un liquide inoffensif, l'eau à l'état liquide absorbe une quantité importante d'énergie pour passer à l'état de vapeur.

Ceci permet donc d'abaisser de manière significative (jusqu'à 25 degrés en moins) la température de l'air à l'admission. D'autre part, le risque de cliquetis étant limité, l'avance à l'allumage peut aussi être optimisée au bénéfice de la puissance et du couple.

Consommation d'eau

L'eau est principalement injectée lorsque le moteur fonctionne à pleine charge (conduite sur circuit). A faible et moyenne charge, l'échangeur air/eau a une capacité suffisante pour refroidir l'air compressé. De petites quantités d'eau peuvent toutefois être injectées à moyenne charge lorsque la température ambiante est supérieure à 20 °C et que l'air nécessite donc plus d'énergie pour être refroidi.

L'eau est injectée à une pression de l'ordre de 10 bars au moyen de 3 injecteurs logés dans le répartiteur d'admission. L'eau est stockée dans un réservoir de 5 litres placé sous le coffre.

BMW M4 GTS - circuit d'injection d'eau

Lorsque la voiture est utilisée sur circuit et le moteur exploité à pleine capacité, le conducteur devra refaire le plein d'eau aussi souvent qu'il fait le plein d'essence. Sur route ouverte, le plein d'eau devra être effectué, dans les cas les plus défavorables, tous les 5 pleins d'essence.

Si le réservoir d'eau venait à être vide, le moteur s'adaptera et ses performances seront dégradées: la pression de suralimentation sera plus faible et l'avance à l'allumage sera réduite. Dans les faits, le moteur retrouvera les performances de la M4 classique.

A l'avenir, BMW pourrait récupérer l'eau formée par la condensation dans les conduits et silencieux d'échappement, ainsi que l'eau formée par condensation dans le circuit de climatisation. Ces deux techniques pourraient éviter au conducteur d'avoir à faire le plein d'eau à intervalles répétés.

Commentaires sur l'article:

clems

03 novembre 2015 à 22h56

Bel article, merci pour toutes les précisions. Ça vole bien plus haut que tous les autres essais de la presse spécialisée.
xav3294

09 avril 2016 à 21h56

les vielles américaines V8 faisaient pas mal de cliquetis , peux tu me dire si la chaine de distribution se situe à l'arrière du moteur (j'ai du mal à m'y faire ) , bel article sur ce motoriste bavarois !
Guillaume Darding [administrateur]

10 avril 2016 à 22h52

La chaîne de distribution se situe bien à l'avant du moteur dans le cas du moteur de la M4.

Commentaire:

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Commentaires
Pires à propos de l'article «Présentation moteur: Audi 2.0l TFSI»

Il y a 10 heures

Bonjour, Je dois remplacer les pistons/segmentation/bielle sur mon audi Q5 TFSI 211cv de 2009. ( problème de surconsommation d'huile ). Mon véhicule étant de 2009 (66000 kms) , je n'espere pas de prise en charge d'Audi. J'ai peut être une solution en récupérant le bloc contenant les pièces défaillantes sur un moteur 211cv TFSI de 2019. Pensez- vous que le bloc de 2019 est compatible avec celui de 2009? D'avance merci pour votre aide

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

Avant-hier

Bonjour, J'utilise plusieurs véhicules reprogrammés à l'ethanol, une clio et un sportvan. J'ai plus de recul avec la clio (3 ans) et considère que c'est un succes relatif : J'entends que ça fonctionne bien mais il y a un point étrange, je ne surconsomme pas mais je passe un jeu de bougies d'allumage tous les 25000KM. Est ce que le mélange est trop pauvre? Je ne pense pas vu qu'elle démarre même en hiver en e85 tant que je suis dans l'intervalle de 25000km. Si vous avez une opinion sur ce phénomène, je suis preneur de votre science. J'ai maintenant un Sportvan DACA 130CV que j'ai converti il y a de ça presque un an. Je constate toutefois un bruit métallique très discret lorsque la désactivation des cylindres opère depuis la conversion. Il est parfaitement cyclique mais je ne parviens pas à localiser s'il provient des cyclindres ou du turbo car on ne peut pas tester à l'arrêt... Est-ce que vous sauriez si le fait d'avoir modifier l'avance allumage et/ou les temps d'ouverture fermeture d'injecteurs lors de la reprogrammation ethanol peut avoir un impact néfaste sur le fonctionnement de la désactivation des cylindres? Qu'en est-il des reprogrammation incluant une montée en puissance/couple? Un passage au banc indique un passage de 130CH à 175CH identique à celle proposée pour le bloc DADA alors qu'il n'ont pas le même turbo, ni le même ratio de compression, ni les mêmes soupapes, etc... Ne sachant pas toutes ses disparités moteur avant reprogrammation, j'ai peut être fait preuve de candeur en pensant optimiser le réglage en passant au banc. Au final, je ne suis pas capable d'isoler la cause de ce changement de comportement en mode désactivation de cylindres. Est ce que ce bruit serait d'avantage imputable à un excès de gonflette ou bien les lois d'injection pour le E85??? Est-il possible pour un moteur de passer d'un cycle de Miller à un cycle Beau de Rochas par reprogrammation? Pure spéculation de néophite mais je soupsonne l'application d'une cartographie commune pour deux moteurs qui partagent finalement bien peu de chose...

pjmdur à propos de l'article «Technique : batterie Li-ion»

Avant-hier

Merci Guillaume. C'était un peu ma conclusion. Il est difficile de comprendre pourquoi sur mon véhicule, il y a une telle différence d'autonomie réelle sur ces faibles delta de température. Surtout qu'en plus il n'y en a pas trop par construction.

© Guillaume Darding

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