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

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

Guillaume Darding - 18 août 2014

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 réalise l'assemblage final (montages d'accessoires spécifiques) des moteurs 1.6l dCi Renault (R9M) dans son usine de Brême (Allemagne). Notamment, les moteurs utilisés par Mercedes sont équipés d'un calculateur, d'un volant moteur, d'un compresseur de climatisation ainsi que d'un démarreur différents de ceux utilisés par Renault.

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.
malain28

13 août 2019 à 14h49

Bonjour,

Petit déterrage de l'article ...

@Xav3294, effectivement les moteurs Cléon sont pour le dire ceux des plus résistants dans l'histoire des automobiles, d'ailleurs le Cléon a été utilisé depuis la R4 jusqu'à la Clio 2 ! Une belle histoire pour ce moteur en fonte. J'ai eu la chance d'avoir son grand frère sur la clio 3 1.2l 16v 75ch il y a un moment, et de profiter d'un bloc fonte et chemise alu. Cela restait increvable même rupteur régulier par tout temps. d'ailleurs la voiture est restée dans la famille, et roule toujours aussi bien.

Ensuite les moteurs en Acier/Fonte, ont longtemps et persistent toujours autant sur les US Cars, avec les gros blocs V8 ou V12, car peu de dilatation du matériaux, et usures des chemises/pistons très faibles (à condition d'être à chaud). Fiable dans l'ensemble.

Perso, sur ma C5 HDI 2L 136. J'ai donc le moteur mi PSA mi Ford nommé : DW10BTED4. Bloc Fonte avec soupape alu. donc 80% fonte, 20% alu. Il met du temps à monter en température, mais une fois qu'il y est, un vrai bonheur de souplesse. Fiabilité remarquable : 220 000 km, et aucune panne moteur, pas de problème d'injection, etc).

Acier moins cher à produire, et solidité éprouvée,
Acier plus lourd que l'Alu ...
Mais on tire maintenant du 200 ch et 200 Nm dans une cylindrée de 1000 cm3, merci turbo et électronique.

Mais société de consommation, donc pourquoi fabriquer des moteurs qui dureront plus longtemps ? Sachant que la société incite le leasing et non l'achat.
utilisateur

17 septembre 2019 à 11h08

Petite précision, le R9M est usiné et assemblé uniquement par Renault et à Cléon, Mercedes n'a jamais assemblé de R9M.

Et contrairement à ce que Mercedes peut communiquer pour "rassurer" ses client, les version de R9M Renault et Mercedes sont très très proches voir identiques pour certaines (Renault aussi ayant monté des pistons aciers sur certains de "ses" R9M).

La diversité ca coute chère!!

Voilà pour le reste très bon site où l'on apprend énormément de choses, félicitation pour le travail fourni.
Guillaume Darding [administrateur]

17 septembre 2019 à 11h36

Bonjour utilisateur et merci pour vos encouragements.

Effectivement, l'article peut porter à confusion lorsqu'il est évoqué que "Mercedes assemble dans son usine de Brême (Allemagne) des moteurs 1.6l dCi Renault". De fait, il ne s'agit, en aucun cas, de la construction complète du moteur, mais uniquement de l'assemblage final de certains accessoires spécifiques (de manière non exhaustive: calculateur, volant moteur, démarreur start/stop, systèmes de dépollution).

Merci pour votre vigilance et complément d'informations!
PhilippeSevres

28 octobre 2019 à 22h07

Mercedes n'utilise plus le 1.6dCi que pour le Vito à l'export, les versions Europe étant montées en R9N 1.75 désormais. Le R9M a été un temps utilisé sur la C200 CDI avant de céder la place au nouveau 2;0L mercedes.
Guillaume Darding [administrateur]

29 octobre 2019 à 10h22

Bonjour Philippe, merci pour votre complément d'information !

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Guillaume Darding à propos de l'article «Technique: moteurs électriques»

Hier

Bonjour Mutantape, merci pour votre complément d'information. Je me permets de vous indiquer que l'expression moteur à induction est effectivement d'origine anglaise. Elle n'est peut-être pas la plus appropriée, mais elle ne me semble, en aucun cas, inappropriée. Cette expression est, en effet, reprise dans des documents scientifiques et des thèses, par exemple. De plus, cette expression est utilisée par Tesla dans sa documentation. Tesla étant le principal utilisateur de ce type de moteur, il est naturel d'utiliser ce terme plutôt que celui de moteur asynchrone (tout en sachant que cette expression est aussi usitée dans l'article).

Mutantape à propos de l'article «Technique: moteurs électriques»

Hier

Le terme "moteur à induction" me parait une traduction directe de l'anglais, inappropriée en français, où l'on parle plutôt de moteur asynchrone. Concernant le moteur synchrone à rotor bobiné cette fois, autres avantages non cités : possibilité de piloter le cosinus phi à volonté en agisssant sur le courant rotor et de maintenir un bon rendement sur une plus large plage. Possibilté de couper l'aimantation rotor pour se servir des bobinages du stator comme filtres à la recharge. Probablement une des raisons pour laquelle la Zoe est quasiment la seule à pouvoir tirer 22 kW sur les bornes accélérées. Moins dangereux en maintenance que des aimants permanents puissants. Pas besoin de de défluxage pour la récupération à haut régime, pas de risque de désaimantation. A noter que les balais travaillent sur des bagues lisses, n'ont pas à rompre de circuit inductif (l'alimentation du rotor est constante en fonctionnement), et la puissance du moteur ne passe pas par eux, elle est au stator. Leur usure est donc très faible par rapport à ceux d'un moteur à courant continu.

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: 2.0l diesel Mercedes OM 654»

Hier

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.

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