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
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

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

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

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

Commentaires sur l'article:

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 «Dossier: les différents types de boîtes de vitesses»

Il y a 5 jours

Bonjour Jean-Jacques, la boîte TCT proposée sur les Alfa Romeo est une boîte robotisée à double embrayage. L'apparition du message d'erreur me semble quand même prématurée, mais elle peut s'expliquer par le fait que vous restez longtemps en côte avec une faible accélération. Vraisemblablement, l'un ou l'autre embrayage n'est pas complètement fermé, ce qui crée du frottement et génère donc de la chaleur. Si, de plus, lors d'un démarrage à froid, la puissance de refroidissement de la boîte est réduite (le temps que la température d'huile monte et que l'huile devienne moins visqueuse, générant ainsi moins de frictions, au bénéfice de la consommation de carburant), on se retrouve dans une situation critique où la température de la boîte devient potentiellement trop élevée. Il n'y a pas de réglage possible (autrement que par une mise à jour du constructeur ou à prendre le risque de reprogrammer la boîte par un spécialiste) et je n'ai pas le sentiment qu'un changement de boîte solutionnerait ce problème (puisqu'il s'agit vraisemenblablement d'un problème de calibration du logiciel de la boîte). Vu votre kilométrage, j'imagine que votre Giuletta est toujours sous garantie. Le cas échéant, n'hésitez donc pas à faire vérifier votre véhicule par votre concessionnaire.

Jean-Jacques Payan à propos de l'article «Dossier: les différents types de boîtes de vitesses»

Il y a 5 jours

Bonjour, Votre document est très intéressant. Je profite de votre site pour vous poser une question pratique. Je possède une Giulietta 170 TCT (dont vous ne parlez pas beaucoup .. de la boite) qui en remontant de mon 3eme sous sol avec un accès difficile cause un message d'erreur : Température élevée de la boite . Existe t il un réglage possible , changement de la boite ou tt simplement un défaut de conception ????? j'ai 15000 kms ... Avec mes remerciements.

Guillaume Darding à propos de l'article «Normes Euro 6c: filtre à particules et casse-tête hybride»

Il y a 7 jours

Bonjour Gabrielle, la Golf GTE fait partie des modèles dont l'homologation Euro 6c / Euro 6d temp est retardée en raison des faibles volumes de vente (en 2017, sur un total de 480.000 Golf construites, seules 10.000 étaient des GTE). De fait, sans cette homologation, il n'est plus possible d'immatriculer un nouveau véhicule. En théorie, quelques véhicules pourraient être encore vendus avec l'ancienne homologation (à titre d'une fin de série), à condition que le constructeur en fasse la demande. En fait, Volkswagen avait même stoppé les commandes sur ce modèle (et d'autres modèles de la gamme) en début d'année afin d'éviter de se retrouver dans la situation à laquelle vous faites désormais face. Vous concernant, votre concessionnaire aurait dû immatriculer votre Golf GTE avant le 1er septembre pour éviter les tracas (à condition que le véhicule était déjà en sa possession avant cette date). Désormais, il n'y a pas d'autre choix que de patienter jusqu'à ce que le modèle soit homologué (et cela pourrait prendre encore plusieurs semaines) pour débloquer la situation. Il faut aussi espérer, sans vouloir être (trop) pessimiste, qu'il ne s'agisse que d'une nouvelle homogation sans changement technique car si des changements techniques devaient intervenir (ajout d'un filtre à particules / calibration moteur), la livraison de votre véhicule pourrait être encore allongée.

© Guillaume Darding

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