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Nouvelle génération de moteurs en ligne 4 cylindres OM 651
Brochure d'introduction
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Mercedes-Benz Service
Introduction de la nouvelle génération de moteurs en ligne 4 cylindres OM 651
Daimler AG · Technical Information and Workshop Equipment (GSP/OI) · D-70546 Stuttgart
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Table des matières
Avant-propos
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Vue d'ensemble Description abrégée Caractéristiques du moteur Points forts Vues du moteur Comparaison des systèmes D'un seul coup d'oeil
6 7 8 9 10 11
Partie mécanique Carter moteur Culasse Carter d'huile Embiellage Distribution Train de pignons Transmission par courroie
12 13 14 15 17 18 19
Combustion Injection common rail Suralimentation Alimentation en air Système d'échappement Système d'échappement
20 24 29 32 34
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Table des matières
Refroidissement et lubrification Refroidissement du moteur Lubrification du moteur et circuit d'huile Pompe à huile Pompe à liquide de refroidissement
36 38 40 41
Partie électrique et partie électronique Calculateur moteur Système de préchauffage
42 43
Partie pneumatique Commande par dépression
44
Protection de l'environnement Réduction des émissions
46
Service-Informations Nouveautés
48
Outil spécial Moteur
50
Abréviations Index alphabétique
55 56
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Avant-propos
Chères lectrices, chers lecteurs, Nous vous présentons dans la présente brochure d'introduction le nouveau moteur diesel 4 cylindres en ligne M 651 de Mercedes-Benz. Nous souhaitons ainsi vous familiariser avec les points forts techniques de ce nouveau moteur avant sa commercialisation. Cette brochure doit avant tout vous offrir des informations dans des domaines tels que la maintenance, l'entretien et la réparation ou le service après-vente. Nous supposons bien évidemment que vous connaissez les différents organes et gammes déjà commercialisés par Mercedes-Benz. La brochure d'introduction met l'accent sur la présentation des composants, systèmes, composants de systèmes nouveaux ou ayant fait l'objet de modifications, ainsi que de leurs fonctions. La présente brochure d'introduction doit vous donner une vue d'ensemble de l'étendue des nouveautés techniques et un aperçu des constructions complexes utilisées. Elle n'a pas été conçue pour servir de document de base, ni pour la réparation ni pour le diagnostic technique. Pour cela, vous disposez des informations complémentaires que vous fournissent le système d'information atelier (WIS) et le système d'aide au diagnostic (DAS). Le WIS bénéficie d'une mise à jour mensuelle. Les informations qu'il contient correspondent ainsi toujours au niveau technique le plus récent de nos véhicules. Les sujets abordés dans cette brochure d'introduction ne seront pas actualisés, aucun complément à une date ultérieure n'est prévu. Toutes les modifications et nouveautés seront publiées dans les documents correspondants du WIS. En conséquence, les indications fournies dans cette brochure d'introduction peuvent différer des informations plus récentes que vous trouverez dans le WIS. Tous les renseignements relatifs aux caractéristiques techniques, finitions et équipements correspondent à la date de rédaction de ce document en juillet 2008 et peuvent ainsi différer de la version de série.
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Vue d'ensemble
Description abrégée
Série de moteur 651
À partir d'octobre 2008, la nouvelle génération du moteur diesel 651 à 4 cylindres avec système d'injection diesel common rail (CDI) de la deuxième génération de Delphi arrive sur le marché. Le moteur 651 développe une puissance nominale de 150 kW pour une cylindrée de 2 143 cm3 et affiche une consommation limitée à 5,4 litres de gazole aux 100 km. Malgré cette puissance élevée et un couple moteur de 500 Nm, les émissions de CO2 ont pu être réduites encore plus. Le moteur est déjà conforme à la future norme Euro 5. Le nouveau moteur est basé sur la suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux. Le système se compose d'une combinaison d'un petit turbocompresseur haute pression et d'un grand turbocompresseur basse pression. En vue d'un fonctionnement plus régulier, le moteur 651 est en outre équipé de deux arbres d'équilibrage Lanchester. Afin de satisfaire aux nouvelles dispositions légales du test de collision Euro NCAP pour une amélioration de la protection piétons, le train de pignons a été disposé en combinaison avec l'entraînement par chaîne du côté transmission de force. Grâce au gain de place entre le moteur et le capot moteur, les risques de blessures pour les piétons diminuent.
Moteur 138 D'une cylindrée de 2,6 l et d'une puissance de 33 kW, ce moteur a été utilisé en 1936 sur la Mercedes-Benz 260 D, la première voiture diesel au monde.
Moteur 651 D'une cylindrée de 2,2 l et d'une puissance de 150 kW, ce moteur sera utilisé à partir d'octobre 2008 dans la Classe C.
i Remarque Une description détaillée du nouveau système CDI apparaît dans la description du système pour le moteur 651. Référence : 6516 1363 03
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Comparaison Cylindrée Puissance nominale Couple nominal Régime maximal cm3 kW à 1 / min Nm à 1 / min 1 / min
Moteur 646.821 EVO 2 148 125 3 800 400 2 000 4 900
Moteur 651.911 2 143 150 4 200 500 1 600…1 800 5 200
Différence -0,2 % +20 % +25 % +6 %
Moteur 646.821 EVO
Moteur 651.911
n
Régime
M Couple
P
Puissance
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Vue d'ensemble
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Caractéristiques du moteur
Vue d'ensemble
Points forts
Nouveautés
La mise en oeuvre des technologies innovatrices les plus récentes a permis d'obtenir avec le moteur 651 des valeurs exemplaires pour les caractéristiques de puissance et de couple, la rentabilité, les émissions de gaz d'échappement et la régularité de marche. Parmi elles, quelques nouveaux développements qui ne se trouvent actuellement dans cette combinaison sur aucun autre moteur diesel de voiture particulière de série.
Gestion thermique
La nouvelle gestion thermique se compose de : • Pompe à liquide de refroidissement désenclenchable • Culasse avec chemise d'eau en deux parties • Gicleurs d'huile désenclenchables et refroidissement des têtes de piston allant de pair • Pompe à huile avec régulation du volume côté huile propre
Technologie
Les caractéristiques techniques les plus importantes du nouveau moteur sont : • Suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux à géométrie fixe • Piézoinjecteurs à commande directe • Train de pignons en combinaison avec entraînement par chaîne du côté transmission de force • Calculateur moteur refroidi par l'air d'admission sur le boîtier de filtre à air • Chapeau de palier de vilebrequin avec carter Lanchester intégré • Deux arbres d'équilibrage Lanchester • Pignon d'entraînement soudé par friction sur le vilebrequin • Amortisseur de vibrations en torsion avec quatre vis • Couvercle de carter de distribution universel pour l'adaptation des différents modèles de boîtes de vitesses • Support d'organe à disposition variable selon le concept de véhicule • Deux capteurs de cliquetis • Carter d'huile en deux parties (à niveau sonore optimisé) • Partie inférieure du carter d'huile en plastique
i Remarque Dans le cas des liaisons soudées par friction, deux pièces sont liées solidairement entre elles. Sous l'effet de la friction et de la pression, on obtient une liaison solidaire sans métal d'apport de soudage.
i Remarque Pour plus d'informations sur la réparation et la maintenance du moteur 651, veuillez consulter le système d'information atelier (WIS).
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Moteur 651 : Vue du côté gauche
Moteur 651 : Vue du côté droit
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Vue d'ensemble
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Vues du moteur
Vue d'ensemble
Comparaison des systèmes
Comparaison Introduction sur le marché Mode de combustion Nombre de cylindres Disposition des cylindres Alésage Course Compression Entraînement des arbres à cames Nombre d'arbres à cames Actionnement des soupapes mm mm e 88,3 88,3 16,5:1 Chaîne double 2 Poussoirs avec compensation hydraulique du jeu des soupapes Suralimentation par turbocompresseur à un niveau avec turbine à géométrie variable Électrique Coupure du canal d'admission, recyclage des gaz d'échappement (AGR) avec radiateur AGR séparé Injecteur à bobine magnétique mm 17 1-3-4-2 Chaîne simple a kg 200 190 Train de pignons 180 203 Moteur 646.821EVO C 220 CDI 06 / 2006 Moteur 651.911 C 250 CDI 10 / 2008
Injection directe diesel 4 En ligne 83,0 99,0 16,2:1 Chaîne simple 2 Culbuteur à rouleau avec compensation hydraulique du jeu des soupapes Suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux à géométrie fixe Pneumatique Coupure du canal d'admission, refroidissement AGR et by-pass AGR
Type de compresseur
Régulation de la pression de suralimentation Mesures favorisant une combustion peu polluante
Type d'injecteur de carburant
Piézoinjecteur à commande directe 19
Diamètre d'injecteur de carburant Ordre d'allumage Entraînement de la pompe à huile Ampérage de l'alternateur Poids du moteur DIN (sec) environ
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Objectif Optimisation du confort
Mesures moteur 651 Carter moteur plus rigide avec pont de palier de vilebrequin de part en part Large palier principal de vilebrequin ; à frottement optimisé avec palier à collet Deux arbres d'équilibrage Lanchester inférieurs pour un fonctionnement régulier du moteur Couvre-culasse en plastique à purge intégrée Chaîne simple sans entretien et à longue durée de vie servant d'entraînement d'arbre à cames Recouvrement moteur avec isolation acoustique adaptée
Optimisation de la consommation
Rapports d'écoulement optimisés (guidage d'air, canaux d'admission) Suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux Optimisation du refroidissement d'air de suralimentation et du refroidissement du recyclage des gaz d'échappement Réduction du coefficient de friction par train de pignons et arbres d'équilibrage avec paliers à roulement
Respect des valeurs limites des gaz d'échappement (norme Euro-5)
Conception optimisée de la chambre de combustion Injecteurs à 7 trous Durées d'injection plus précises Guidage d'air optimisé Recyclage des gaz d'échappement (AGR) avec préradiateur AGR et radiateur AGR, valve AGR et by-pass AGR commuté Étranglement électrique de l'air d'admission Pompe à liquide de refroidissement et gicleurs d'huile désenclenchables Système d'échappement avec catalyseur à oxydation et filtre à particules diesel
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Vue d'ensemble
D'un seul coup d'oeil
Partie mécanique
Carter moteur
Généralités
Lors du développement du moteur 651, un concept global à encombrement optimisé a été suivi pour la construction du carter moteur. Le train de pignons se trouve ainsi avec l'entraînement de la pompe à huile et des arbres d'équilibrage Lanchester du côté transmission de force. Le carter moteur en fonte grise est fabriqué en coulée en sable. Le nouveau concept de construction présente les avantages suivants : • Carter moteur plus court de 4 cm que le prédécesseur • Protection piétons améliorée, par disposition du train de pignons et de l'entraînement d'arbre à cames du côté transmission de force • Couvercle de carter de distribution universel pour l'adaptation des différents modèles de boîtes de vitesses
Carter moteur 1 Carter moteur 2 Vanne d'arrêt gicleurs d'huile
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Généralités
La culasse est en aluminium extrêmement rigide. Elle est équipée de deux arbres à cames et de quatre soupapes par cylindre. Le couvre-culasse est en plastique avec une purge intégrée. La culasse se distingue par les nouveautés suivantes : • Une pression de combustion maximale de 200 bar (jusqu'à présent 160 bar) • Canaux d'admission tangentiels et hélicoïdaux • Alésage pour piézoinjecteur de 19 mm de diamètre Le canal supérieur de la chemise d'eau en deux parties alimente la culasse en liquide de refroidissement. Les avantages de la chemise d'eau en deux parties sont les suivants : • Rigidité de construction accrue • Meilleure dissipation de la chaleur • Gestion thermique améliorée La gestion thermique améliorée est particulièrement bénéfique dans les zones soumises à des températures très élevées. C'est grâce au refroidissement ciblé des différents composants que la pression de combustion élevée de 200 bar est possible. Le potentiel de pression accru et le débit d'injection optimisé entraînent le couple moteur élevé de 500 Nm et la puissance du moteur de 150 kW.
Vue en coupe culasse 1 2 3 Purge Pont de palier principal Couvre-culasse 4 5 6 Bougie de préchauffage Soupape d'échappement Piézoinjecteur 7 8 9 Soupape d'admission Ressort de soupape Compensation du jeu des soupapes
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Partie mécanique
Culasse
Partie mécanique
Carter d'huile
Particularités de construction
• • • • Version en deux parties Partie inférieure du carter d'huile en plastique Niveau sonore optimisé Pièces de maintenance et pièces de rechange à coûts réduits • Vis avec sécurité antiperte • Contrôle du montage par broches spéciales sur le joint
Carter d'huile 1 2 Partie supérieure du carter d'huile Joint avec broches 3 4 Partie inférieure du carter d'huile (plastique) Vis avec sécurité antiperte
i Remarque Le volume du carter et la taille des orifices d'écoulement dans le contacteur de témoin de niveau d'huile permettent de compenser de brèves variations du niveau. Ceci empêche des messages d'avertissement inutiles, tels que ceux pouvant être déclenchés lors de la conduite en virage.
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Vilebrequin
Le vilebrequin forgé avec huit masses d'équilibrage possède cinq paliers permettant d'assurer un amortissement encore plus efficace des vibrations. Les rayons des manetons sont laminés et se distinguent donc par leur solidité élevée. De plus, la liaison entre le pignon d'entraînement et le vilebrequin est soudée par friction. L'amortisseur de vibrations en torsion est fixé sur le vilebrequin par quatre raccords à vis.
Bielles
Les bielles allégées sont en acier forgé et sont 'fracturées' à la hauteur des logements de palier.
Arbres d'équilibrage
Deux arbres d'équilibrage Lanchester sont intégrés dans le pont de palier principal et logés dans trois paliers à roulement. Ils sont entraînés en sens inverse par le train de pignons afin de s'opposer aux forces de masse de deuxième ordre qui apparaissent. Ceci permet d'obtenir un fonctionnement régulier du moteur.
Embiellage avec train de pignons 1 Pignon d'entraînement pompe à huile et pompe à dépression 2 Pignon de vilebrequin 3 Vilebrequin 4 Pignon d'entraînement pompe à haute pression
5 6 7 8 9
Pignons intermédiaires (pignons tendeurs) Piston Bielle Amortisseur de vibrations en torsion Pignons d'entraînement Lanchester
i Remarque Les pistons en aluminium coulissent avec une friction réduite dans les fûts de cylindre en fonte grise. Ils sont tous fabriqués de façon uniforme sur ce moteur. La distinction entre les tailles A, B et X est donc supprimée sur ce moteur.
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Partie mécanique
Embiellage
Partie mécanique
Embiellage
Arbres à cames
Le train de pignons entraîne via une chaîne de distribution les pignons d'arbre à cames et les arbres à cames ainsi reliés. La chaîne de distribution sans entretien a fait ses preuves du fait de sa longévité. Les cames sont fixées sur l'arbre à cames par formage interne haute pression (IHU).
Roue de capteur
La roue de capteur est fixé sur l'arbre à cames d'échappement. En liaison avec le capteur Hall, la roue de capteur permet de détecter la position et le régime de l'arbre à cames. Le capteur Hall génère un champ magnétique grâce à un aimant permanent intégré. Le champ magnétique est interrompu périodiquement pendant le fonctionnement du moteur par un diaphragme perforé sur la roue de capteur. Le signal ainsi généré est utilisé par le calculateur CDI et sert de signal de remplacement pour le fonctionnement de secours du moteur lorsque le capteur de position pour le vilebrequin tombe en panne.
Pignon d'arbre à cames
Le pignon d'arbre à cames est fixé par une vis centrale sur l'arbre à cames. La vis centrale de l'arbre à cames possède un pas à gauche.
Arbre à cames d'échappement avec roue de capteur 1 Pignon d'entraînement 2 Arbre à cames d'échappement 3 Roue de capteur avec diaphragme perforé
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Distribution avec compensation hydraulique du jeu des soupapes
La distribution a été révisée conformément aux objectifs d'optimisation du frottement et de réduction des masses en mouvement. Les arbres à cames commandent deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement par cylindre. La commande des soupapes est assurée par des culbuteurs à rouleau à faible frottement avec compensation hydraulique du jeu des soupapes.
Distribution 1 2 3 4 5 Glissière Chaîne de distribution Pignons d'entraînement arbre à cames Arbre à cames d'admission Arbre à cames d'échappement 6 7 8 9 10 Roue de capteur avec diaphragme perforé Culbuteur à rouleau Compensation hydraulique du jeu des soupapes Tendeur de chaîne Pignon d'entraînement chaîne de distribution
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Partie mécanique
Distribution
Partie mécanique
Train de pignons
Entraînement par le train de pignons
Une des innovations les plus importantes est le train de pignons qui se trouve avec l'entraînement par chaîne du côté transmission de force. En présence de vibrations réduites issues du vilebrequin, on obtient un fonctionnement nettement plus régulier du moteur. Les composants suivants sont entraînés par le nouveau train de pignons : • • • • Arbres d'équilibrage Lanchester Pompe à huile Pompe à haute pression Pompe à dépression via l'arbre d'entraînement central de part en part de la pompe à huile
Train de pignons 1 2 3 Pignons intermédiaires Pignon de vilebrequin Pignons d'entraînement Lanchester 4 5 Pignon d'entraînement pompe à huile et pompe à dépression Pignon d'entraînement de chaîne 6 Pignon d'entraînement pompe à haute pression
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Cheminement de la courroie
L'entraînement des organes auxiliaires est assuré par une courroie trapézoïdale à nervures monopièce, sans entretien. La courroie trapézoïdale à nervures est tendue par un tendeur de courroie automatique avec galet tendeur.
Cheminement de la courroie 1 2 3 4 Alternateur Poulie Poulie de renvoi Pompe à liquide de refroidissement 5 6 7 Pompe d'assistance de direction Tendeur de courroie avec galet tendeur Compresseur frigorifique 8 9 Poulie de renvoi Support d'organe
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Partie mécanique
Transmission par courroie
Combustion
Injection common rail
Technologie d'injection
Le moteur 651 utilise la nouvelle technique common rail de la deuxième génération de Delphi. La pression d'injection maximale a été augmentée de 400 bar à 2 000 bar. La nouveauté est le concept de piézoinjecteur avec commande directe de l'aiguille. La commande directe permet d'effectuer des modifications du volume d'injection rapidement et avec une précision extrême. Les piézoinjecteurs apportent les améliorations suivantes : • Flexibilité plus élevée lors de la commande des points d'injection • Consommation de carburant réduite • Puissance accrue • Bruits de combustion minimisés • Émissions réduites • Régularité de marche du moteur améliorée Les principales nouveautés du système d'injection sont : • Pompe à haute pression avec deux éléments de pompe (pression d'injection maxi 2 000 bar) • Gestion moteur électronique avec fonction de commande étendue des points d'injection • Système d'injection étanche avec piézoinjecteurs Le potentiel de pression augmenté a permis une augmentation de la puissance du moteur à 150 kW / 204 ch et du couple moteur à 500 Nm. En parallèle, les émissions brutes ont pu être nettement améliorées.
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Piézoinjecteurs
Les piézoinjecteurs de conception nouvelle constitue un élément important de la technique common rail. L'aiguille d'injecteur est actionnée directement à l'aide d'un actuateur piézocéramique au lieu d'être déplacée par une assistance hydraulique. Le piézoinjecteur injecte de ce fait, en comparaison des injecteurs de carburant conventionnels, le carburant plus rapidement, avec une meilleure pulvérisation et avec une plus grande précision dans la chambre de combustion. Une particularité de ce système est que les piézoinjecteurs s'ouvrent en cas de montée de la tension et pas en cas de chute de la tension.
Piézoinjecteur
a Avertissement En raison du risque d'endommagement du moteur, aucune liaison ne doit être desserrée sur le système d'injection lorsque le moteur tourne. Lorsque le moteur tourne, le coupleur de l'injecteur ne doit pas être débranché ni mis à la masse, sinon une injection est déclenchée. a Attention danger de mort ! Pendant le fonctionnement du moteur, une haute tension pouvant aller jusqu'à 250 V s'applique aux piézoinjecteurs.
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Combustion
Injection common rail
Combustion
Injection common rail
Avantages de la nouvelle technique d'injection
Les améliorations obtenues sont entre autres un volume d'injection disponible plus important, ainsi qu'un dosage particulièrement fin et rapide des débits d'injection par des temps d'enclenchement accordés de façon exacte. En combinaison avec la commande directe des piézoinjecteurs par le calculateur CDI, l'injection de carburant peut être adaptée encore plus précisément aux conditions de charge et de régime correspondantes. Cela se fait par exemple par des injections multiples précises et cela permet des réductions supplémentaires de la consommation de carburant, des bruits de combustion et des émissions de gaz d'échappement. Dans le même temps, le moteur tourne de façon nettement plus régulière au ralenti.
Débit d'injection
Le point d'injection et la durée d'injection sont déterminés par les facteurs suivants : • Commande directe de la piézocéramique • Vitesse d'ouverture/de fermeture de l'aiguille d'injecteur • Hauteur de course de l'aiguille • Géométrie de l'aiguille avec module d'injecteur à 7 trous • Charge du moteur • Demande de couple
i Remarque Lors de travaux sur le système d'injection (par exemple piézoinjecteur, conduites de pression, rail, pompe à haute pression), il faut en particulier veiller à la plus grande qualité et propreté car la présence de saletés même minimes peut entraîner très rapidement des irrégularités de fonctionnement du moteur et des dommages matériels.
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Correction du débit d'injection
La correction du débit d'injection se répartit en deux fonctions partielles : • Correction du débit d'injection principal • Calibrage de débit nul
Calibrage de débit nul
La friction lors de l'ouverture et de la fermeture des piézoinjecteurs entraîne une usure du siège de l'aiguille d'injecteur. Il en résulte une modification du débit d'injection tout au long de la durée de fonctionnement. Ce débit d'injection modifié peut être corrigé par une ajustement de la durée de commande (calibrage de débit nul). Sur les moteurs avec système d'injection Delphi, la correction se fait à l'aide des deux capteurs de cliquetis.
Correction du débit d'injection principal
Lors de la correction du débit d'injection principal, le débit injecté est corrigé à l'aide de la sonde lambda en amont du catalyseur. Le débit d'injection est modifié jusqu'à ce que la valeur théorique lambda mémorisée dans le calculateur CDI soit atteinte.
Système d'injection CDI 1 2 3 Élément chauffant carburant Boîtier de filtre à carburant Rail 4 5 6 Capteur de pression de rail Conduite de pression Piézoinjecteur 7 8 9 Pompe à haute pression Vanne de régulation de débit Vanne de régulation de pression
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Combustion
Injection common rail
Combustion
Suralimentation
Généralités
Avec le moteur 651, Mercedes-Benz poursuit le développement de la suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux dans une voiture particulière avec le moteur diesel en ligne 4 cylindres (le prédécesseur avec une suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux est le moteur 646 sur le Sprinter Mercedes-Benz). Les répercussions côté moteur sont les suivantes : • Meilleur remplissage des cylindres et par conséquent puissance accrue • Courbe de couple harmonique à un niveau extrêmement élevé • Puissance nominale augmentée pour une courbe de couple harmonique • Consommation de carburant réduite • Durée de vie élevée et bonne fiabilité • Émissions d'oxyde d'azote (NOx) réduites
Conception
La suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux comprend deux turbocompresseurs de taille différente avec une régulation by-pass, permettant d'obtenir des puissances nominales et des débits massiques d'air assez élevés même à bas régimes. La pression de suralimentation est régulée par le volet de régulation de pression de suralimentation (LRK), la wastegate et le volet by-pass d'air de suralimentation. Cette commande s'effectue en tenant compte de la demande de couple correspondante du moteur, en fonction de la courbe caractéristique.
Déroulement fonctionnel régulation de la pression de suralimentation
Afin de vous procurer un meilleur aperçu du mode de fonctionnement de la suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux, trois états différents ont été sélectionnés en fonctionnement à pleine charge. Ces états servent à expliquer et à représenter le déroulement exact. Les états suivants de la régulation de la pression de suralimentation sont décrits :
Avantages de la suralimentation régulée par turbocompresseur, à deux niveaux
Cette commande complexe, en fonction des besoins, de l'arrivée d'air de suralimentation à l'aide de deux turbocompresseurs offre les avantages suivants : • Comportement au démarrage nettement plus dynamique • Aucune faiblesse de démarrage (trou du turbo) • Comportement de marche harmonique • Performances nettement améliorées sur toute la plage de régime • Bonne accélération (couple puissant à bas régimes) • Conception du turbocompresseur haute pression en vue d'un établissement rapide de la pression de suralimentation à bas régimes moteur • Conception du turbocompresseur basse pression pour une pression de suralimentation élevée et un flux de gaz important à régimes moteurs moyens et élevés
• Fonctionnement à pleine charge à 1 200 1 / min • Fonctionnement à pleine charge entre 1 200 et 2 800 1 / min • Fonctionnement à pleine charge à partir de 2 800 1 / min
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Suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux 112 113 120 120 / 1 120 / 2 Tige de réglage (volet de régulation de pression de suralimentation) Volet de régulation de pression de suralimentation Turbocompresseur basse pression (compresseur BP) Roue de compresseur compresseur BP Roue de turbine compresseur BP 121 122 123 124 125 126 Capsule à dépression wastegate Tige de réglage wastegate Wastegate Capsule à dépression volet by-pass air de suralimentation Tige de réglage volet by-pass air de suralimentation Volet by-pass air de suralimentation
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Suralimentation
108 110 110 / 1 110 / 2 111
Collecteur d'échappement Turbocompresseur haute pression (compresseur HP) Roue de compresseur compresseur HP Roue de turbine compresseur HP Capsule à dépression (volet de régulation de pression de suralimentation)
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Combustion
Combustion
Suralimentation
Régulation de la pression de suralimentation en fonctionnement à pleine charge jusqu'à 1 200 1 / min
Jusqu'à un régime moteur de 1 200 1 / min en fonctionnement à pleine charge, le volet de régulation de pression de suralimentation (LRK) est presque fermé. Dans cet état, l'ensemble du flux des gaz d'échappement s'écoule par la roue de turbine du turbocompresseur haute pression (compresseur HP) vers la roue de turbine du turbocompresseur basse pression (compresseur BP) puis vers le système d'échappement. La plus grande partie de l'énergie des gaz d'échappement agit sur la roue de turbine du compresseur HP qui génère la majeure partie de la pression de suralimentation nécessaire. Cela entraîne malgré un faible flux des gaz d'échappement une montée élevée rapide de la pression de suralimentation. L'énergie restante des gaz d'échappement agit sur la roue de turbine du compresseur BP qui entraîne la roue de compresseur par l'intermédiaire de l'arbre de turbine. Le compresseur BP n'est donc pas en tant que ralentisseur hydraulique. La wastegate et le volet by-pass d'air de suralimentation sont fermés dans cet état de marche.
Représentation schématique régulation de la pression de suralimentation en fonctionnement à pleine charge jusqu'à 1 200 1 / min A B 1 2 3 Air d'admission Flux des gaz d'échappement Turbocompresseur haute pression Turbocompresseur basse pression Volet de régulation de pression de suralimentation (LRK) 4 5 6 7 8 9 Wastegate Volet by-pass air de suralimentation Filtre à air Refroidisseur d'air de suralimentation Actuateur du papillon des gaz Collecteur d'admission 10 11 12 13 14 Collecteur d'échappement Préradiateur du recyclage des gaz d'échappement (AGR) Variateur AGR Radiateur AGR Volet by-pass AGR
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Régulation de la pression de suralimentation en fonctionnement à pleine charge entre 1 200 et 2 800 1 / min
À partir d'un régime moteur de 1 200 1 / min en fonctionnement à pleine charge, le volet de régulation de pression de suralimentation (LRK) est ouvert dans la plage de travail (section d'ouverture) de 5 % à 95 % en fonction de la pression de suralimentation nécessaire. Le compresseur BP est enclenché en continu lorsque la section d'ouverture du volet de régulation de pression de suralimentation augmente et est traversé par une quantité de gaz d'échappement plus importante. L'air filtré aspiré continue d'être suralimenté. Dans cet état, les deux compresseurs se complètent et fournissent ensemble la pression de suralimentation nécessaire. La wastegate et le volet by-pass d'air de suralimentation sont fermés dans cet état de marche.
Représentation schématique régulation de la pression de suralimentation en fonctionnement à pleine charge entre 1 200 et 2 800 1 / min 4 Wastegate A Air d'admission 5 Volet by-pass air de suralimentation B Flux des gaz d'échappement 6 Filtre à air 7 Refroidisseur d'air de 1 Turbocompresseur haute pression suralimentation 2 Turbocompresseur basse pression 8 Actuateur du papillon des gaz 3 Volet de régulation de pression de 9 Collecteur d'admission suralimentation (LRK)
10 11 12 13 14
Collecteur d'échappement Préradiateur du recyclage des gaz d'échappement (AGR) Variateur AGR Radiateur AGR Volet by-pass AGR
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Combustion
Suralimentation
Combustion
Suralimentation
Régulation de la pression de suralimentation en fonctionnement à pleine charge à partir de 2 800 1 / min
À partir d'un régime moteur de 2 800 1 / min, le volet de régulation de pression de suralimentation (LRK) est complètement ouvert. De ce fait, presque tout le débit massique des gaz d'échappement est alimenté par le canal by-pass sans perte jusqu'à la turbine BP et l'importance de la contre-pression des gaz d'échappement est limitée. Grâce à cette procédure, le compresseur HP ne contribue plus à l'augmentation de la pression de suralimentation. Le compresseur HP a atteint sa limite de compression. Cela signifie qu'il ne peut plus générer de pression de suralimentation et entraînerait en cas de charge supplémentaire une chute sensible du régime de la turbine. Afin d'éviter toute perte de pression et un échauffement supplémentaire de l'air de suralimentation lors de la traversée du compresseur HP, le volet by-pass d'air de suralimentation est ouvert de manière à ce que la majeure partie du flux d'air soit amenée au refroidisseur d'air de suralimentation par voie directe, sans perte. La puissance de la turbine BP est régulée par la wastegate dans la courbe caractéristique du moteur en fonction des besoins selon l'état de charge. Selon l'état de charge, le compresseur haute pression permet d'établir une pression de suralimentation élevée à bas régimes moteur et d'éviter une surcharge du compresseur basse pression à régimes moteur élevés.
Représentation schématique régulation de la pression de suralimentation en fonctionnement à pleine charge à partir de 2 800 1 / min A Air d'admission 4 Wastegate B Flux des gaz d'échappement 5 Volet by-pass air de suralimentation 6 Filtre à air 1 Turbocompresseur haute pression 7 Refroidisseur d'air de 2 Turbocompresseur basse pression suralimentation 3 Volet de régulation de pression de 8 Actuateur du papillon des gaz suralimentation (LRK) 9 Collecteur d'admission
10 11 12 13 14
Collecteur d'échappement Préradiateur du recyclage des gaz d'échappement (AGR) Variateur AGR Radiateur AGR Volet by-pass AGR
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Guidage d'air
Le débitmètre d'air massique à film chaud (HFM) se trouve dans la conduite d'air filtré en aval du boîtier de filtre à air. Il détermine la masse et la température de l'air aspiré et fournit les résultats de mesure de l'électronique moteur sous forme de variable d'entrée. Le compresseur basse pression aspire l'air filtré par la conduite d'air filtré et le filtre à air et le comprime. L'air comprimé par les turbocompresseurs traverse le refroidisseur d'air de suralimentation et est refroidi. L'actuateur du papillon des gaz influence le débit d'air alimenté au moteur ainsi que le rapport de mélange de l'air de suralimentation et des gaz d'échappement ramenés et mélangés en aval du papillon des gaz. Le mélange d'air est ensuite conduit par le tube de répartition d'air de suralimentation directement dans la chambre de combustion.
Guidage d'air 1 2 3 Boîtier de filtre à air Papillon des gaz Tube de répartition d'air de suralimentation 4 5 Conduite d'air filtré Refroidisseur d'air de suralimentation
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Combustion
Alimentation en air
Combustion
Alimentation en air
Coupure du canal d'admission
La coupure du canal d'admission (EKAS) assure le meilleur rapport possible entre le tourbillonnement d'air et la masse d'air dans tous les états de charge du moteur et par conséquent un taux de remplissage optimal. Les caractéristiques d'émission des gaz d'échappement et la puissance du moteur sont ainsi optimisées. Le tube de répartition d'air de suralimentation est en plastique et les volets sont en métal. Dans le tube de répartition d'air de suralimentation se trouvent pour chaque cylindre un canal d'admission tangentiel ouvert en permanence et un canal d'admission hélicoïdal commandé par un volet. Les volets sont reliés entre eux par un arbre. Le calculateur CDI commande la position des volets en fonction de la courbe caractéristique. Lors du passage de charge partielle à pleine charge, les volets sont ouverts dans les canaux d'admission hélicoïdaux en fonction de la courbe caractéristique. En cas de défaut ou de coupure de la tension d'alimentation, les volets sont ouverts mécaniquement dans les canaux d'admission hélicoïdaux par les ressorts de rappel.
Tube de répartition d'air de suralimentation 1 2 3 Servomoteur Volet de réglage Canal d'admission hélicoïdal 4 5 Canal d'admission tangentiel Tube de répartition d'air de suralimentation
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Papillon des gaz
L'actuateur du papillon des gaz influence par l'intermédiaire du papillon des gaz le débit d'air alimenté au moteur ainsi que le rapport de mélange de l'air de suralimentation et des gaz d'échappement ramenés et mélangés en aval du papillon des gaz. Lorsque le moteur est coupé, le papillon est fermé. Les vibrations du moteur sont de ce fait minimisées à la coupure.
Papillon des gaz 1 Papillon des gaz 2 Actuateur du papillon des gaz 3 Tube de répartition d'air de suralimentation
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Combustion
Alimentation en air
Combustion
Système d'échappement
Recyclage des gaz d'échappement
Le système d'échappement du moteur 651 combine deux technologies en vue de la réduction des émissions. Le recyclage des gaz d'échappement (AGR) permet de diminuer les émissions d'oxyde d'azote (NOx) et la dépollution des gaz d'échappement de réduire les émissions d'hydrocarbures (HC) et de particules de suie. Lors du recyclage des gaz d'échappement, une partie du flux des gaz d'échappement est réalimenté vers l'air de suralimentation via le circuit AGR. Les gaz d'échappement ramenés arrivent par un préradiateur dans le circuit AGR. Là, ils sont refroidis en fonction de la température ou alimentés directement à l'air de suralimentation. Via le tube de répartition d'air de suralimentation, le mélange gaz d'échappement-air arrive directement dans la chambre de combustion. Le recyclage des gaz d'échappement permet d'abaisser la concentration d'oxygène (O2) et la température de combustion.
Recyclage des gaz d'échappement 1 2 Préradiateur AGR Radiateur AGR 3 4 Tube de répartition d'air de suralimentation Collecteur d'échappement
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Circuit de recyclage des gaz d'échappement
Une partie des gaz d'échappement arrive via le collecteur d'échappement dans le recyclage des gaz d'échappement. Le circuit AGR se compose des composants suivants : • • • • Préradiateur AGR Variateur AGR Volet by-pass AGR Radiateur AGR Le calculateur CDI actionne par un signal à impulsions modulées en largeur le variateur AGR qui augmente ou diminue alors la section d'ouverture de la valve AGR. Afin d'améliorer encore le rendement, les gaz d'échappement peuvent être amenés à la demande au radiateur AGR afin d'être refroidis encore plus. Si la température des gaz d'échappement affluant est toutefois trop faible, le passage vers le radiateur AGR est fermé par un volet by-pass et les gaz d'échappement sont amenés directement au tube de répartition d'air de suralimentation. La vanne d'inversion pour le volet by-pass est commandée par une capsule à dépression.
Le variateur AGR est commandé par la quantité de gaz d'échappement entrant.
Circuit AGR 1 2 3 Variateur AGR Capsule à dépression By-pass AGR 4 5 6 Radiateur AGR Tube AGR Préradiateur AGR
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Combustion
Système d'échappement
Combustion
Système d'échappement
Catalyseur à oxydation
Le catalyseur à oxydation fait partie du système d'échappement et se trouve dans la ligne d'échappement en aval du turbocompresseur. La céramique composée de magnésium-aluminiumsilicate alumineux à haute résistance thermique est parcourue de plusieurs milliers de petits canaux. Le monolithe céramique réagit de façon extrêmement sensible aux tensions mécaniques et est fixé dans un carter en acier inoxydable. Les différentes substances nocives sont oxydées comme suit : Avant oxydation 2CO + O2 4HC + 5O2 Après oxydation 2CO2 2H2O + 4CO2
Filtre à particules diesel (DPF)
Le filtre à particules diesel (DPF) forme une unité avec le catalyseur à oxydation. Le filtre à particules diesel céramique est en carbure de silicium revêtu de platine. Les divers canaux sont ouverts alternativement à l'avant et à l'arrière et séparés les uns des autres par des parois filtrantes poreuses. Lorsque les gaz d'échappement non filtrés passent par le filtre alvéolaire céramique poreux, les particules de suie sont retenues par les parois filtrantes poreuses. Par l'intermédiaire du capteur de pression différentielle, le calculateur CDI détermine l'état de charge du filtre à particules diesel. Pour cela, la pression des gaz d'échappement est mesurée en amont et en aval du filtre à particules diesel. Lorsqu'une valeur déterminée est atteinte, la régénération du filtre à particules diesel est amorcée. Pour la combustion des particules de suie, des températures supérieures à 600 °C sont nécessaires. Afin d'atteindre ces températures élevées, le calculateur CDI lance les étapes suivantes : • Post-injection • Recyclage des gaz d'échappement avec étranglement de l'air d'admission • Préchauffage du filtre à particules diesel
Représentation schématique catalyseur à oxydation et filtre à particules diesel 1 2 CO Catalyseur à oxydation Filtre à particules diesel Oxyde de carbone CO2 O2 HC H2 O Dioxyde de carbone Oxygène Hydrocarbure Eau N2 Azote NO2 Oxyde d'azote PM Particules de suie
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Régénération du filtre à particules diesel
La charge croissante en particules de suie du filtre à particules diesel entraîne une augmentation de la contre-pression des gaz d'échappement. La différence de pression en amont et en aval du filtre à particules diesel est déterminée par un capteur et communiquée au calculateur moteur. Une fois la valeur de seuil enregistrée atteinte, la régénération du filtre à particules diesel est amorcée. Une régénération est effectuée en moyenne entre 800 et 1 000 km, en fonction des émissions de particules de suie et de la taille du filtre. Si la température des gaz d'échappement nécessaire pour la régénération n'est pas atteinte en marche normale, elle est augmentée par la post-injection ciblée dans les chambres de combustion. La régénération ne dure que quelques minutes et est fonction de : • Régime moteur • Vitesse du véhicule • Température des gaz d'échappement
Système d'échappement 1 2 3 Sonde lambda avant catalyseur Catalyseur à oxydation Filtre à particules diesel 4 5 Capteur de température avant filtre à particules diesel Silencieux arrière
i Remarque Si une régénération DPF n'est pas possible en mode quotidien, le témoin d'alerte du diagnostic moteur s'allume dans le combiné d'instruments.
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Combustion
Système d'échappement
Refroidissement et lubrification
Refroidissement du moteur
Refroidissement du moteur et circuit de refroidissement
La pompe à liquide de refroidissement refoule le liquide de refroidissement dans deux canaux séparés. Le canal inférieur alimente le carter moteur et l'échangeur thermique huile / eau en liquide de refroidissement et le canal supérieur alimente la culasse en liquide de refroidissement. Le circuit du recyclage des gaz d'échappement est parallèle au canal supérieur. Les composants suivants du circuit de recyclage des gaz d'échappement sont alimentés en liquide de refroidissement : • Valve AGR • Boîtier by-pass AGR • Préradiateur AGR et radiateur AGR Lorsque le thermostat de liquide de refroidissement est fermé, le liquide de refroidissement revient vers la pompe à liquide de refroidissement et est réalimenté dans le circuit. Lorsque la température de service du moteur est atteinte, le thermostat de liquide de refroidissement s'ouvre et le circuit de refroidissement est enclenché. Le radiateur est ainsi intégré au circuit du liquide de refroidissement. Une conduite de remplissage entre le réservoir d'expansion du liquide de refroidissement et le radiateur compense le niveau de liquide de refroidissement. Une conduite de purge purge le système de refroidissement entre le réservoir d'expansion du liquide de refroidissement et le boîtier du thermostat de liquide de refroidissement.
Gestion thermique
Afin que la chambre de combustion puisse chauffer plus rapidement, la pompe à liquide de refroidissement est coupée lors du démarrage à froid du moteur. La pompe à liquide de refroidissement est coupée lors du démarrage à froid pendant 500 s maximum lorsque les conditions suivantes sont remplies : • Les valeurs limites mémorisées dans le calculateur pour la température d'air d'admission et la température de liquide de refroidissement ainsi que pour la quantité totale de carburant injectée ne sont pas encore atteintes. • Le régime moteur ou le débit d'injection n'a pas dépassé la valeur limite déterminée. • Aucun "chauffage" n'a été demandé par le calculateur et clavier du climatiseur automatique. La quantité de liquide de refroidissement s'écoulant vers le radiateur ou directement à la pompe à liquide de refroidissement peut être ajustée de façon exacte grâce à la position du thermostat de liquide de refroidissement. La température du liquide de refroidissement dans le circuit de liquide de refroidissement est réglée de cette manière. Le thermostat de liquide de refroidissement est commandé par l'élément chauffant intégré. La pompe à liquide de refroidissement et l'élément chauffant sont commandés par le calculateur CDI.
i Remarque L'élément chauffant du thermostat de liquide de refroidissement ne doit pas être retiré ou démonté du boîtier de thermostat. Le point d'ouverture théorique se décale lorsque le boîtier est endommagé ou lorsqu'un liquide pénètre dans le boîtier. Pour plus de détails à ce sujet, veuillez consulter le système d'information atelier (WIS).
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Circuit de refroidissement
1
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2
8 9 10
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Radiateur AGR Radiateur Réservoir d'expansion de liquide de refroidissement Échangeur thermique pour le chauffage du véhicule Conduite de remplissage Conduite de purge Circuit du radiateur KS M R RH VA VB VH Circuit de court-circuit Moteur Retour moteur Retour chauffage du véhicule Circuit recyclage des gaz d'échappement (AGR) Circuit échangeur thermique huile/eau Arrivée chauffage du véhicule
Refroidissement du moteur
3 4 5
11
B11/4 Capteur de température de liquide de refroidissement M13/5 Pompe de circulation à liquide de refroidissement R48 Élément chauffant thermostat de liquide de refroidissement Y27/9 Actionneur de recyclage des gaz
6 7
Pompe à liquide de refroidissement Échangeur thermique huile/eau Carter moteur Culasse Collecteur de liquide de refroidissement Carter de chaînes Boîtier by-pass
B E KK
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Refroidissement et lubrification
Refroidissement et lubrification
Lubrification du moteur et circuit d'huile
Système de lubrification
la lubrification du moteur diminue le frottement mécanique et par conséquent l'usure des composants mobiles. La couche d'huile protectrice entre les paliers et les surfaces de roulement permet en plus de réduire les chocs et les vibrations. Une vanne à pression différentielle est posée en parallèle de l'échangeur thermique huile / eau de manière à ce que la lubrification du moteur soit assuré dans tous les cas. L'huile peut de ce fait contourner l'échangeur thermique huile / eau. Les deux turbocompresseurs sont alimentés en huile moteur par un by-pass de la canalisation d'huile principale. Une alimentation en huile est dérivée de la canalisation d'huile principale pour la culasse. Les points de lubrification suivants sont alimentés en huile moteur dans la culasse : • • • • Tendeur de chaîne de distribution Arbre à cames d'admission Arbre à cames d'échappement Compensation hydraulique du jeu des soupapes
Circuit d'huile
Le circuit d'huile du moteur permet de graisser ou de refroidir tous les composants mobiles du moteur avec de l'huile moteur. Le circuit d'huile du moteur est alimenté en huile moteur par la pompe à huile. La pompe à dépression est également entraînée et alimentée en huile moteur par la pompe à huile. Les composants suivants sont alimentés en huile moteur dans le carter moteur par la canalisation d'huile principale : • • • • Paliers de vilebrequin Paliers de bielle Pignons intermédiaires Gicleurs d'huile
L'huile moteur revient dans le carter d'huile par des canalisations de retour.
Pompe à huile
i Remarque Le calculateur CDI reçoit les signaux du contacteur de témoin de niveau d'huile pour la surveillance du niveau d'huile et ceux du capteur de température d'huile pour la surveillance de la température d'huile.
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P18.00-2260-00
Circuit d'huile 16 17 18 Gicleur d'huile chaîne de distribution Tendeur de chaîne Pignon intermédiaire du train de pignons A AN Carter d'huile avec pompe à huile Arbre à cames d'échappement B C D E EN F G Module de filtre à huile Carter moteur Train de pignons Culasse Arbre à cames d'admission Suralimentation Pompe à dépression Y131 Vanne d'arrêt gicleurs d'huile
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Pompe à dépression Compresseur haute pression Compresseur basse pression Canalisation d'huile palier principal vilebrequin et palier de bielle Gicleurs d'huile Palier principal arbres à cames Compensation hydraulique du jeu des soupapes
1 2 3
9 10 11 12
Lubrification du moteur et circuit d'huile
4 5 6 7 8
Carter d'huile Préfiltre Pompe à huile (avec régulation du volume) Vanne de limitation de pression Vanne à pression différentielle Échangeur thermique huile / eau Cartouche de filtre à huile Vanne by-pass pour filtre à huile
13 14 15
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Refroidissement et lubrification
Refroidissement et lubrification
Pompe à huile
Pompe à huile
La pompe à huile est dotée d'une régulation du volume côté huile propre et conçue sous forme de pompe rotative à ailettes. La pression de régulation s'élève à 4,7 bar. La pompe à huile est entraînée par le train de pignons et possède une vanne de limitation de pression intégrée qui limite la pression d'huile à un maximum de 10 bar. Dès que le moteur démarre, l'huile moteur est aspirée par la conduite d'aspiration avec préfiltre intégré au niveau du tube d'aspiration d'huile et alimentée par la conduite de pression vers le module de filtre à huile avec échangeur thermique huile / eau intégré. L'échangeur thermique huile / eau assure un échauffement plus rapide pendant la phase de démarrage à froid du moteur et un refroidissement suffisant de l'huile moteur pendant la phase de mise en température. Si le débit de l'huile est insuffisant, l'huile peut être amenée par la vanne by-pass posée en parallèle en contournant l'échangeur thermique huile / eau. L'huile moteur arrive seulement alors dans l'unité du filtre à huile. L'huile s'écoule de l'extérieur vers l'intérieur, ce qui entraîne son nettoyage. En cas de débit trop faible, par exemple dû à un encrassement trop important, la vanne by-pass pour filtre à huile posée en parallèle ouvre le passage pour contourner le filtre à huile.
Gicleurs d'huile
Les gicleurs et l'arrivée d'huile résultante pour le refroidissement des têtes de piston sont coupés de façon active par la vanne d'arrêt des gicleurs d'huile. Les gicleurs d'huile sont coupés par le calculateur CDI pendant la phase de postdémarrage dans les conditions suivantes : • La température d'huile moteur est supérieure à –10 °C et : • La durée de coupure maximale (en fonction de la température de l'air d'admission et de la température d'huile moteur) n'est pas encore atteinte ou : • Le régime moteur ou le débit d'injection n'a pas encore atteint une valeur limite déterminée Une fois les gicleurs d'huile enclenchés, ils ne sont plus coupés tant que le moteur tourne.
Vue en coupe pompe à huile
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Pompe à liquide de refroidissement
La pompe à liquide de refroidissement assure la circulation du liquide de refroidissement dans le circuit de liquide de refroidissement. Elle est en matière plastique et contribue ainsi à réduire le poids.
Fonctionnement
La pompe à liquide de refroidissement est entraînée par la poulie au moyen d'une courroie trapézoïdale à nervures. Le mouvement de rotation de la poulie est transmis par le moyeu sur l'arbre. La roue à ailettes est entraînée par l'arbre, ce qui entraîne la mise en circulation du liquide de refroidissement. Le flux de liquide de refroidissement peut être stoppé au moyen d'une dépression par la vanne d'inversion de la pompe à liquide de refroidissement, qui se trouve à gauche sur l'actuateur du papillon des gaz. Un tiroir de commande est repoussé par la roue à ailettes et l'arrivée de liquide de refroidissement est par conséquent fermée.
Vue en coupe pompe à liquide de refroidissement 1 2 3 4 5 Poulie Tige de régulation Tiroir de commande Chambre d'évacuation Raccord à dépression 6 7 8 9 10 Roue à ailettes Écoulement de liquide de refroidissement Membrane enroulée Joint de tige Ressort de pression
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Refroidissement et lubrification
Pompe à liquide de refroidissement
Partie électrique et partie électronique
Calculateur moteur
Calculateur CDI
Le calculateur CDI se trouve sur le boîtier de filtre à air. Le calculateur CDI est équipé sur sa face inférieure d'ailettes de refroidissement qui dépassent à l'intérieur du boîtier de filtre à air et sont refroidies par l'air aspiré. Le rôle du calculateur CDI comprend les tâches partielles suivantes : • • • • • • • Régulation du couple moteur Régulation de l'injection Suralimentation Coupure en poussée Gestion thermique Recyclage des gaz d'échappement (AGR) Dépollution des gaz d'échappement Le calculateur CDI sert d'interface entre le CAN transmission (CAN C) et le CAN train de roulement (CAN E). Pour la surveillance de tous les composants et fonctions du système, la gestion moteur est dotée d'une mémoire des défauts et de fonctions de diagnostic performantes. Ces fonctions concernent les points suivants : • • • • • Contrôle de la mémoire des défauts Diagnostic de la gestion moteur Diagnostic embarqué européen (EOBD) Diagnostic par le bus CAN Diagnostic par le câble K
Calculateur CDI sur le boîtier de filtre à air 1 2 Calculateur CDI Ailettes de refroidissement 3 4 Boîtier de filtre à air Filtre à air
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Système de préchauffage pour démarrage rapide
Le système de préchauffage pour démarrage rapide à commande électronique se compose d'un étage final de préchauffage et de quatre bougies de préchauffage en céramique. Le système de préchauffage pour démarrage rapide permet, en cas de température élevée du liquide de refroidissement, un démarrage immédiat sans préchauffage du moteur. Afin d'améliorer les propriétés de démarrage à froid et de mise en température du moteur, le préchauffage est assuré par post-chauffage progressif par l'intermédiaire de la température de préchauffage réglable. Le calculateur CDI régule la tension aux bougies de préchauffage en fonction du temps et de la température par l'intermédiaire de l'étage final de préchauffage. Il en résulte les avantages suivants : • • • • • Temps de préchauffage court Ralenti stable Faible émission de gaz d'échappement Bon temps de réponse Température de préchauffage réglable On fait la distinction entre les modes de préchauffage suivants : • • • • • • Préchauffage Préchauffage pour disponibilité au démarrage Post-chauffage Préchauffage de diagnostic Préchauffage DPF Préchauffage de secours
a Risque d'endommagement du moteur Consignes de sécurité pour le maniement des bougies de préchauffage en céramique : • N'utiliser que des bougies de préchauffage dans leurs emballages d'origine intacts. • Lorsque la bougie de préchauffage est tombée, elle ne doit plus être utilisée. • Attention : Il peut s'ensuivre un endommagement du moteur car les bougies de préchauffage sont très sensibles aux chocs ! Des fissures pourraient se former dans l'élément céramique. Des pièces pourraient en conséquence se détacher et tomber dans la chambre de combustion pendant le fonctionnement du moteur. Veuillez toujours manipuler les bougies de préchauffage avec la plus grande prudence ! • Les bougies de préchauffage doivent être déposées avant la dépose de la culasse et ne doivent être reposées qu'après la pose de la culasse.
Bougie de préchauffage en céramique
i Remarque En cas d'apparition d'un défaut dans le système de préchauffage, au niveau des bougies de préchauffage ou au niveau des câbles, il est affiché par le témoin de contrôle de préchauffage et mémorisé en plus dans le calculateur CDI.
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Partie électrique et partie électronique
Système de préchauffage
Partie pneumatique
Commande par dépression
Commande par dépression
La pompe à dépression est entraînée indirectement par l'entraînement de la pompe à huile. Elle génère la dépression et est reliée via sa conduite principale allant au servofrein avec le système à dépression. Font partie du système : • Accumulateur de dépression • Convertisseur de pression régulation wastegate • Convertisseur de pression volet de régulation de pression de suralimentation • Vanne d'inversion by-pass radiateur AGR • Valve d'inversion volet by-pass air de suralimentation • Valve d'inversion pompe à liquide de refroidissement Les composants suivants sont actionnés par un signal à impulsions modulées en largeur : • Convertisseur de pression volet de régulation de pression de suralimentation – Le volet de régulation de pression de suralimentation s'ouvre en continu et régule le flux des gaz d'échappement entre le compresseur haute pression et le compresseur basse pression. • Convertisseur de pression régulation wastegate – La wastegate s'ouvre en continu. Une partie du flux des gaz d'échappement est amenée en contournant le compresseur basse pression dans le système d'échappement. • Vanne d'inversion volet by-pass air de suralimentation – Le volet by-pass s'ouvre et soulage le compresseur haute pression. • Valve d'inversion by-pass radiateur AGR – Le by-pass en amont du radiateur AGR s'ouvre, le flux des gaz d'échappement est amené par le radiateur AGR. • Vanne d'inversion pompe à liquide de refroidissement – La mécanique de régulation intégrée à la pompe à liquide de refroidissement permet de fermer l'arrivée de liquide de refroidissement vers la pompe à liquide de refroidissement.
Pompe à dépression
i Remarque L'aération du convertisseur de pression de la régulation wastegate et du volet de régulation de pression de suralimentation est assurée par le même filtre d'aération.
a Risque d'endommagement du moteur Lors du montage des conduites à dépression, il faut tenir compte du code de couleur correspondant de la conduite à dépression et de la capsule à dépression, sinon il y a un risque d'endommagement du moteur.
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Système à dépression représenté sur le moteur 651.911 13 14 15 Y93 Y132 Y133 Y31/4 Convertisseur de pression régulation wastegate Y85 Valve d'inversion by-pass radiateur AGR Capsule à dépression volet by-pass air de suralimentation Accumulateur de dépression Filtre d'aération pour Y31/4 et Y93 Convertisseur de pression volet de régulation de pression de suralimentation Valve d'inversion volet by-pass air de suralimentation Vanne d'inversion pompe à liquide de refroidissement
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Commande par dépression
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a 7 8 9 10 11
12
Flèche de sens de marche Pression environnante Culasse Pompe à dépression Pompe à liquide de refroidissement Capsule à dépression by-pass radiateur AGR Capsule à dépression volet de régulation de pression de suralimentation Capsule à dépression wastegate
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Partie pneumatique
Protection de l'environnement
Réduction des émissions
Mesures de réduction des émissions
Les importantes nouveautés techniques utilisées dans le développement du nouveau moteur 651 permettent d'abaisser encore plus les émissions brutes. Même sans la technologie BlueTEC, la norme Euro 5 est respectée. Le nouveau moteur a le potentiel d'atteindre les valeurs limites pour la norme Euro-6 et la norme américaine BIN5.
Réduction des émissions CO2
La nouvelle technique common rail crée les conditions d'une plus grande flexibilité dans le timing d'injection et entraîne de ce fait un fonctionnement plus souple du moteur, une consommation de courant plus faible et des émissions réduites. Les émissions de CO2 ont pu être abaissées jusqu'à 13 %. Les nouveautés décisives ayant permis cette amélioration sont la pression de rail augmentée de 400 bar à 2 000 bar maximum, ainsi qu'un nouveau concept de piézoinjecteur avec commande directe de l'aiguille.
Mesures mécaniques
• Pompe à huile avec régulation du volume côté huile propre avec niveau de pression commandé (courbe caractéristique) • Pompe à dépression à coefficient de friction optimisé • Axe de piston avec revêtement PVD
Réduction des oxydes d'azote
Grâce à une réduction de la compression de 16,5 : 1 à 16,2 : 1, le processus de combustion a pu être optimisé de manière à diminuer de façon durable les émissions brutes. De nettes améliorations ont pu être obtenues avant tout pour les oxydes d'azote. La proportion d'oxyde d'azote dans les gaz d'échappement est abaissée par le recyclage des gaz d'échappement.
Application technique
Une réduction supplémentaire des émissions brutes est obtenue par optimisation des composants suivants qui participent au circuit d'huile : • Le gicleur de la chaîne de distribution est supprimé • La pression de régulation est abaissée à 2,5 bar • Refroidissement des têtes de piston pouvant être coupé • Paliers à roulement des arbres d'équilibrage Lanchester • Pignons intermédiaires • Résistances de pression réduites
i Remarque L'abréviation PVD signifie "Physical Vapour Deposition". Il s'agit d'un procédé de revêtement ou d'une technologie à couche mince dans laquelle la couche se forme directement par la condensation de matière préalablement évaporée sur le substrat.
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Gestion thermique
La gestion thermique de conception nouvelle comprend, outre l'optimisation de la mise en température et du refroidissement, les fonctions suivantes : • Procédé de combustion de chauffage • Protection de surchauffe • Phase de postdémarrage Les émissions de gaz d'échappement sont réduites par la gestion thermique étendue. Le tableau cidessous montre les nouvelles mesures et les résultats obtenus.
Dépollution des gaz d'échappement
Grâce à la dépollution des gaz d'échappement dans le système d'échappement, de nombreuses substances nocives peuvent être transformées à l'avance. L'utilisation d'un catalyseur à oxydation et d'un filtre à particules diesel (DPF) permet de réduire les substances nocives suivantes dans les gaz d'échappement : • • • • Oxyde d'azote (NOx) Hydrocarbures (HC) Oxyde de carbone (CO) Particules de suie
Mesure Gicleurs d'huile et pompe à liquide de refroidissement enclenchables Chemise d'eau en deux parties
Résultat Il en résulte une phase de mise en température plus rapide après le démarrage à froid. Il en résulte une amélioration de la commande et de la dissipation de la chaleur. La température et la concentration d'oxygène dans la chambre de combustion sont abaissées, ce qui entraîne un mélange carburant-air plus froid et diminue la formation de calamine. Le flux de gaz d'échappement sortant est réduit.
Puissance de refroidissement AGR optimisée
Pompe à huile avec régulation du volume côté huile propre
Il en résulte une résistance d'entraînement plus faible.
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Protection de l'environnement
Réduction des émissions
Service-Informations
Nouveautés
Suralimentation par turbocompresseur à deux niveaux
Les capsules à dépression du turbocompresseur peuvent être remplacées séparément à l'état posé. Tout d'abord quelques points importants dont il faut tenir compte : • Les codes couleur sur les conduites de commande • Le blocage des écrous avec de la peinture résistante aux températures élevées
Vilebrequin
L'amortisseur de vibrations en torsion (TSD) possède quatre raccords à vis. Les forces agissantes sont ainsi réparties sur les quatre vis, d'où l'obtention d'un effort plus faible pour chaque vis. Un outil spécial pour montage facile est présent. Le signal du capteur d'arbre à cames sert de valeur de rechange pour la distribution au calculateur CDI. Si le capteur pour le vilebrequin tombe en panne, le moteur peut être démarré et activé en mode de fonctionnement de secours grâce au capteur d'arbre à cames.
Gicleurs d'huile
Les gicleurs d'huile peuvent être remplacés séparément. Leur emplacement exact est déterminé par une vis de position.
Joints
Les joints dans la zone des gaz d'échappement sont dotés de broches et de languettes polygonales. Une fixation préalable des joints et des vis permettant de les empêcher de tomber simplifie le montage. Les joints sont en plus dotés d'une broche de contrôle de montage. Après le montage, il est possible de vérifier si le joint est posé.
Joint avec broche de contrôle de montage (flèche) en prenant exemple sur le tube de répartition d'air de suralimentation
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Piézoinjecteur
Les piézoinjecteurs sont désignés par un code I2C à 24 caractères. Le codage I2C permet un accord encore plus précis (débit d'injection et durée d'injection) des différents piézoinjecteurs à l'état neuf. Si un piézoinjecteur est remplacé, ce codage doit être communiqué au calculateur CDI au moyen du Star Diagnosis.
Code matrice de données
Quelques composants sont dotés d'un code matrice. Le code est la plupart du temps apposé par technique laser. Ce code contient des informations uniquement essentielles pour la qualité et le montage. Pour la maintenance, le code n'a aucune importance.
Piézoinjecteur 1 2 Code matrice de données Code I2C
i Remarque Les nouveautés et remarques présentées ici ne sont pas des instructions de réparation ! Pour plus d'informations sur la réparation et la maintenance du moteur 651, veuillez consulter le système d'information atelier (WIS).
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Service-Informations
Nouveautés
Outil spécial
Moteur
Clé à douille
Utilisation Pour le démontage de la vanne de commande du refroidissement du piston.
Référence W 651 589 00 09 00 FG 18 Jeu B
Étriers de fixation
Utilisation Fixation de l'arbre à cames lors du serrage ou desserrage des pignons d'arbre à cames.
Référence W 651 589 01 40 00 FG 05 Jeu C l
Éléments de montage
Utilisation Pour emmancher et riveter les languettes extérieures de la chaîne à rouleaux.
Référence W 651 589 04 63 00 FG 05 Jeu C
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Adaptateur de contrôle d'étanchéité
Utilisation Pour le contrôle d'étanchéité du système de suralimentation.
Référence W 651 589 02 91 00 FG 09 Jeu B
Contre-appui
Utilisation Pour le maintien du pignon de la pompe à haute pression lors du démontage et du montage.
Référence W 651 589 04 40 00 FG 07 Jeu B
Adaptateur de contrôle de vanne
Utilisation Pour la mesure du débit de retour à la vanne de régulation de pression.
Référence W 651 589 01 91 00 FG 07 Jeu B
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Outil spécial
Moteur
Outil spécial
Moteur
Câble adaptateur à 3 pôles
Utilisation Pour le contrôle du transmetteur Hall sur l'arbre à cames.
Référence W 651 589 01 63 00 FG 15 Jeu B
Câble adaptateur à 5 pôles
Utilisation Pour le contrôle des résistances et des tensions par exemple au niveau des variateurs de recyclage des gaz d'échappement, du papillon des gaz et de coupure du canal d'admission.
Référence W 651 589 00 63 00 FG 15 Jeu B
Griffe d'éjection
Utilisation Pour chasser les injecteurs de carburant.
Référence W 651 589 00 33 00 FG 07 Jeu B
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Outil d'emmanchement joint à lèvre arrière
Utilisation Pour emmancher le joint à lèvre arrière du vilebrequin.
Référence W 651 589 01 61 00 FG 03 Jeu B
Outil de montage
Utilisation Pour la fixation des arbres d'équilibrage lors du démontage et du montage des pignons d'entraînement.
Référence W 651 589 02 63 00 FG 03 Jeu C
Outil d'emmanchement joint à lèvre avant
Utilisation Pour emmancher le joint à lèvre avant du vilebrequin.
Référence W 651 589 00 61 00 FG 03 Jeu B
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Outil spécial
Moteur
Outil spécial
Moteur
Contre-appui
Utilisation Pour la fixation de la poulie de vilebrequin lors du desserrage des vis de fixation.
Référence W 651 589 00 40 00 FG 03 Jeu B
P58.20-2241-00
i Remarque Vous trouverez plus d'informations sur les équipements d'atelier, les outils du commerce et les outils spéciaux sur internet à l'adresse : http: / / gotis.aftersales.mercedes-benz.com
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Abréviations
AGR Recyclage des gaz d'échappement CAN Controller Area Network CDI Injection diesel common rail CO Oxyde de carbone CO2 Dioxyde de carbone DAS Système d'aide au diagnostic DPF Filtre à particules diesel EOBD
HFM Débitmètre d'air massique à film chaud H2O Eau IHU Formage interne haute pression LIN Réseau local d'interconnexion NEFZ Détermination de la consommation nouveau cycle mixte européen NOx Oxyde d'azote O2 Oxygène PVD
Diagnostic embarqué européen Euro NCAP European New Car Assessment Program HC Hydrocarbure
Physical vapour deposition TSD Amortisseur de vibrations en torsion WIS Système d'information atelier
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Index alphabétique
A
Alésage . . . . . Alimentation en air Arbre d'équilibrage Arbres à cames . .
. . . . . . . . . . . . . 10 . . . . . . . . . . . . . 29 . . . . . . . . . . . . . 15 . . . . . . . . . . . . . 16
Culasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Culbuteur à rouleau . . . . . . . . . . . . . 17 Cylindrée . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
D
Dépollution des gaz d'échappement Diagramme de puissance . . . . Disposition des cylindres . . . . . Distribution . . . . . . . . . .
. . . . . . 47 ...... 7 . . . . . . 10 . . . . . . 17
B
Bielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
C
Calculateur CDI . . . . . . . . . . . . . Calibrage de débit nul . . . . . . . . . . Carter d'huile . . . . . . . . . . . . . . Carter moteur . . . . . . . . . . . . . Catalyseur à oxydation . . . . . . . . . . Cheminement de la courroie . . . . . . . Circuit d'huile . . . . . . . . . . . . . Circuit de recyclage des gaz d'échappement Circuit de refroidissement . . . . . . . . Code matrice de données . . . . . . . . Commande par dépression . . . . . . . . Compensation du jeu des soupapes . . . . Compression . . . . . . . . . . . . . . Convertisseur de pression
. . 42 . . 23 . . 14 . . 12 . . 34 . . 19 . . 38 . . 33 . . 37 . . 49 . . 44 . . 17 . . 10
E
Embiellage . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
F
Filtre à particules diesel . . . . . . . . . . . 34
G
Gestion thermique . . . . . . . . . 8, 36, 47 Gicleurs d'huile . . . . . . . . . . . . . . . 40 Guidage d'air . . . . . . . . . . . . . . . . 29
J
Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
L
Limite de compression . . . . . . . . . . . . 28
Régulation wastegate . . . . . . . . . . . . 44 Volet de régulation de pression de suralimentation . . . . . . . . . . . . . . 44 Correction du débit d'injection . . . . . . . . 23
M
Mesures CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Mode de combustion . . . . . . . . . . . . 10
Correction du débit d'injection principal Couple nominal . . . . . . . . . . . Coupure du canal d'admission . . . . Course . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 23 .... 7 . . . . 30 . . . . 10
N
Nombre de cylindres
. . . . . . . . . . . . 10
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Index alphabétique
O
Outil spécial
Adaptateur de contrôle d'étanchéité . . . Adaptateur de contrôle de vanne . . . . . Câble adaptateur à 3 pôles . . . . . . . Câble adaptateur à 5 pôles . . . . . . . Clé à douille . . . . . . . . . . . . . Contre-appui . . . . . . . . . . . . . Éléments de montage . . . . . . . . . Étriers de fixation . . . . . . . . . . . Griffe à chasser . . . . . . . . . . . Outil d'emmanchement joint à lèvre arrière . Outil d'emmanchement joint à lèvre avant . Outil de montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51, .. .. .. .. .. .. 51 51 52 52 50 54 50 50 52 53 53 53
S
Suralimentation . . . . . . . . . . . Système de lubrification . . . . . . . . Système de préchauffage . . . . . . . Système de préchauffage pour démarrage rapide . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 24 . . . 38 . . . 43 . . . 43
T
Technologie d'injection . . . . . . . . . . . 20 Train de pignons . . . . . . . . . . . . . . 18 Transmission par courroie . . . . . . . . . . 19
P
Papillon des gaz . . . . . . . . Piézoinjecteur . . . . . . . . . Poids du moteur . . . . . . . . Pompe à dépression . . . . . . Pompe à huile . . . . . . . . . Pompe à liquide de refroidissement Puissance nominale . . . . . .
. . . . . . 31 . . . . 21, 49 . . . . . . 10 . . . . . . 44 . . . . . . 40 . . . . . . 41 . . . . . . .7
V
Valve d'inversion
Pompe à liquide de refroidissement . . . . . . Volet by-pass air de suralimentation . . . . . 44 44
Vanne d'inversion
By-pass radiateur AGR . . . . . . . . . . . 44 Vilebrequin . . . . . . . . . . . . . . . . 15
R
Recyclage des gaz d'échappement . . . . Réduction des émissions . . . . . . . . Refroidissement . . . . . . . . . . . . Refroidissement du moteur . . . . . . . Régulation de la pression de suralimentation Roue de capteur . . . . . . . . . . . .
. . 32 . . 46 . . 36 . . 36 . . 26 . . 16
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