Les heures de gloire des nouveaux moteurs : Mercedes-Benz présente sa dernière génération de quatre cylindres

• Quatre nouveaux moteurs essence délivrant jusqu’à 141 kW (192 ch)
• Lancement à partir de mi-2002 sur la Classe C et d’autres séries
• Système TWINPULSE : sobriété et plaisir de conduite accrus
• Injection directe d’essence : une consommation réduite de 19 %
• Couple accru de 15 % et rejets polluants inférieurs à la norme Euro 4
• Construction haute technologie moderne en aluminium

Avec sa nouvelle génération de moteurs quatre cylindres commerciali-sés mi-2002, Mercedes-Benz se lance à plein régime dans l’avenir. Ces motorisa-tions ultramodernes, qui équiperont pour commencer la Classe C puis d’autres séries, font sensation dans tous les domaines du développement : consommation, caractéristique de couple, développement de puissance, construction légère et stabilité de marche.

Quatre versions du moteur 1,8 l ultramoderne sont proposées, chacune équipée du système exclusif TWINPULSE qui garantit un maximum de plaisir de conduite et de stabilité de marche pour une consommation réduite à son minimum. Son secret : combiner différentes technologies, telles que la suralimentation par com-presseur, le refroidissement de l’air de suralimentation, la distribution à quatre soupapes, les arbres à cames à réglage variable, l’équilibrage Lanchester et la dy-namique de marche adaptative.

Un moteur à injection directe de 170 ch consommant seulement 7,8 litres

La plage de puissances du nouveau moteur quatre cylindres Mercedes-Benz s’étend de 105 kW (143 ch) à 141 kW (192 ch). Dès la fin 2002, le constructeur souabe proposera en exclusivité une version essence à injection directe délivrant 125 kW, soit 170 ch. Premier moteur de ce type dans le monde, il combinera l’injection directe très prometteuse à la suralimentation par compresseur et l’équilibrage des masses. L’abréviation CGI apposée à l’arrière des modèles Mercedes-Benz signifie Stratified charged Gasoline Injection et sera, à l’avenir, la marque de reconnaissance de cette technologie moderne.

L’injection directe d’essence permet de réduire la consommation de carburant de plus de 19 %, par rapport au précédent modèle Classe C comparable, tout en augmentant la puissance du nouveau moteur. Concrètement : la C 200 CGI se contente de 7,8 litres de super sans plomb aux 100 kilomètres (selon le cycle mixte européen).

Dès 1500 tr/min, le moteur à injection directe met plus de 75 % de son couple maximum à disposition et atteint ce dernier, soit 250 Nm, à partir de 3000 tr/min. Cette valeur remarquable demeure constante jusqu’à 4500 tr/min.

TWINPULSE : une dynamique accrue, une consommation réduite

La comparaison avec leurs prédécesseurs montre que les trois nouveaux moteurs quatre cylindres Mercedes-Benz satisfont à toutes les exigences en matière de sobriété et de dynamique de marche, même avec une injection par canal tradi-tionnelle : le nouveau modèle C 180 KOMPRESSOR accélère de 0 à 100 km/h en 9,7 secondes et atteint la vitesse maximale de 222 km/h, gagnant ainsi 1,3 seconde et 12 km/h sur la berline C 180 actuelle. La consommation de carburant diminue d’un litre, se limitant à 8,4 litres pour 100 kilomètres (selon le cycle mixte européen), soit une économie supérieure à 10 %. Grâce à un couple de 220 Nm (soit 15 % de plus que son prédécesseur qui affichait 190 Nm) dès 2500 tr/min, le moteur quatre cylindres est digne des plus hautes exigences en matière de potentiel de reprises et d’élasticité.

La nouvelle C 200 KOMPRESSOR enregistre une baisse de consommation de plus de 11 % par rapport à sa devancière. Son moteur quatre cylindres atteint un couple maximal de 240 Nm à 3000 tr/min, contre 230 Nm auparavant.

La version la plus puissante (141 kW/192 ch, 260 Nm) du nouveau moteur quatre cylindres est proposée pour le coupé sport C 230 KOMPRESSOR, dont la so-briété gagne 0,7 litre aux 100 kilomètres par rapport au modèle précédent.

Rendement thermique élevé et courbe de couple exemplaire

Les ingénieurs maison sont parvenus à atteindre ces valeurs exemplaires à la consommation sur la nouvelle génération de moteurs quatre cylindres Mercedes-Benz en jouant sur les paramètres de fonctionnement du moteur pour exploiter mieux encore les plages de régime offrant un rendement optimal. La réduction de la cylindrée à 1,8 litres a également permis de diminuer le coefficient de friction et d’améliorer la thermodynamique, d’où une plus grande sobriété.

Les moteurs quatre cylindres de la Classe C continuent de se distinguer par leur agilité et une dynamique hors du commun. Ces qualités sont obtenues grâce à la suralimentation par compresseur, technologie utilisée sur tous les moteurs de nouvelle génération : un couple élevé est disponible dès le ralenti et permet aussi une démultiplication totale accrue de 13 % au maximum. Les nouveaux moteurs peuvent ainsi être largement exploités sans bridage et affichent par conséquent un rendement plus intéressant. L’effet TWINPULSE : des performances optimisées et une consommation réduite.

La combinaison unique dans le monde de la suralimentation par compresseur et de l’équilibrage Lanchester apporte, grâce au système TWINPULSE, une solution à un conflit d’intérêt connu dans le développement des moteurs : les arbres d’équilibrage compensent les vibrations inévitables et garantissent ainsi une sta-bilité de marche inégalée dans cette catégorie de cylindrée.

Autrement dit, grâce à la suralimentation mécanique et à une technologie ultra-moderne, les nouveaux moteurs Mercedes-Benz allient le potentiel de reprises et le confort sonore d’un six cylindres à la sobriété d’un quatre cylindres.

Fonctionnement avec mélange pauvre en charge partielle et recyclage
des gaz par un catalyseur à accumulateur

L’injection directe d’essence, tout comme la technique du compresseur, bénéficie d’une longue tradition chez Mercedes-Benz. Dès le milieu des années 1950, le constructeur souabe présentait cette technologie sur le 300 SL , le légendaire modèle « à portes papillon ». Cette voiture de sport était le premier véhicule de série équipé d’un moteur à quatre temps à injection directe – une révolution qui permit au six cylindres de décupler ses forces.

Aujourd’hui, l’amélioration de cette technique d’injection se focalise sur d’autres impératifs : la consommation de carburant et le taux d’émissions polluantes. Grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la dépollution des gaz d’échappement et de la gestion moteur, l’impossible est devenu réalisable : le fonctionnement du moteur avec un mélange pauvre, nécessaire à la réduction de la consommation, et l’utilisation simultanée d’un catalyseur qui exige normale-ment un mélange air-carburant « stœchiométrique » (14,6 / 1). La solution consiste en un nouveau catalyseur à accumulateur NOx, qui adsorbe les oxydes d’azote pendant le fonctionnement du moteur avec un mélange pauvre et les li-bère lors de courtes phases de régénération pour leur permettre de se transfor-mer en azote non polluant à l’aide des autres composants des gaz.

Combinée au recyclage des gaz d’échappement et à l’insufflation d’air secondaire, cette technique employée sur le nouveau moteur essence à injection directe, permet à la C 200 CGI d’afficher un taux d’émissions polluantes inférieur à celui préconisé par la norme Euro 4. Selon le régime du moteur, une proportion maxi-male de 35 % des gaz peut être recyclée, ce qui entraîne la réduction significative des émissions d’oxydes d’azote. Autre nouveauté : la sonde lambda linéaire, ac-tive dès le démarrage à froid du moteur, fournit des informations sur la composi-tion des gaz d’échappement, qui sont ensuite analysées par la gestion moteur, notamment pour la marche du moteur à chaud. Cette sonde permet au catalyseur d’atteindre plus rapidement sa température de service. Un nouveau capteur NOx électronique à commande numérique garantit par ailleurs la gestion optimale du catalyseur à accumulateur NOx.

Injection directe avec une pression de 120 bar maximum

Avec l’injection directe, le mélange de combustion se forme seulement dans les chambres de combustion. Le carburant est injecté dans les cylindres par un injecteur incliné à un angle de 42 degrés, à une pression comprise entre 50 et 120 bar (selon le régime moteur). Les gouttelettes de carburant s’associent alors aux molécules d’air pour former un mélange gazeux, qui est dirigé vers les bou-gies d’allumage par des chambres de réserve d’air spéciales. A titre de comparai-son, sur le moteur quatre cylindres à injection traditionnelle, la pression de carbu-rant s’élève à environ 3,8 bar.

Afin d’imprimer au mélange gazeux le mouvement giratoire optimal pour une combustion la plus rapide et complète possible, le moteur CGI dispose de deux conduits d’admission séparés, dont la caractéristique de flux a été mise au point au moyen d’un procédé particulièrement complexe. Chacun de ces conduits d’admission est également équipé d’un clapet de flux réglable. Le fonctionnement de la pompe haute pression est assuré par l’arbre à cames d’admission ; la pres-sion exercée dans la conduite ou rampe d’alimentation reliée directement aux in-jecteurs est réglée par un régulateur de pression commandé par le calculateur du moteur ; ce régulateur reçoit également les signaux d’un capteur de pression spé-cial.

En charge partielle, pour une pression moyenne de 4 à 5 bar et à faible régime, le moteur quatre cylindres travaille au ralenti, avec un mélange pauvre, donc avec un excès d’air important. Les ingénieurs Mercedes parlent de « charge par couche » : le carburant est injecté assez tard dans l’air comprimé par le piston. Au-delà de ce régime, ils font fonctionner le moteur à injection directe au moyen du mélange air-carburant utilisé ordinairement pour les moteurs avec catalyseur (Lambda 1).

Une culasse en aluminium avec des arbres à cames à réglage variable

Toutes les versions du nouveau moteur Mercedes sont équipées d’une culasse en aluminium ultra résistant avec 16 soupapes et deux arbres à cames en tête. Contrairement à la configuration du moteur quatre cylindres Mercedes commer-cialisé jusqu’à présent, ces deux arbres à cames bénéficient d’un réglage variable. Une nouvelle avance à ailettes avec soupape de distribution intégrée permet de procéder au réglage continu des temps de distribution les plus appropriés, ce qui présente un avantage au niveau du couple en charge totale, mais aussi sur la consommation et sur le taux d’émissions polluantes. Les soupapes sont com-mandées au moyen de leviers d’entraînement à rouleaux et le jeu de la soupape est compensé par un système hydraulique sans entretien.

Un compresseur à haut rendement et peu bruyant

Le compresseur, qui garantit sur tous les nouveaux moteurs quatre cylindres une courbe de couple exemplaire à bas régime, a été optimisé par les ingénieurs Mercedes : la réduction de l’écart entre les rotors et le boîtier du compresseur, ainsi que le nouveau revêtement des rotors ont permis d’augmenter encore le dé-bit d’air et le rendement par rapport au compresseur mécanique des anciens mo-teurs quatre cylindres Mercedes-Benz. Au niveau de l’admission et du refoule-ment, des silencieux spéciaux à large bande veillent à réduire les nuisances so-nores.

L’air comprimé quitte le compresseur à travers un refroidisseur d’air de surali-mentation et atteint ainsi la température et la « densité » optimales pour la com-bustion. Les tubulures d’admission en plastique ne sont pas les mêmes sur la ver-sion CGI que sur la version normale : sur le modèle à injection directe, elles se di-visent avant leur entrée dans la culasse en deux canaux distincts pour chaque cy-lindre. Un de ces canaux est terminé par un clapet à turbulence à réglage élec-trique, qui amplifie encore le tourbillon d’air.

Un calculateur électronique dans le boîtier du filtre à air

Le filtre à air rond fixé sur la tubulure d’admission présente l’avantage de fournir une surface de filtrage relativement importante sur un espace extrêmement ré-duit. Le calculateur électronique est également installé sur le côté du boîtier, avec ses deux processeurs performants. Ceux-ci se partagent les tâches complexes : le premier se charge des processus en temps réel, tels que le calcul des impulsions d’allumage et d’injection, tandis que le second assure les fonctions synchrones, comme la régulation de la sonde lambda ou encore la définition du point d’injection et de la quantité à injecter. Le calculateur est intégré au réseau élec-tronique de bord via le bus de données CAN (Controller Area Network) et échange les informations avec d’autres ordinateurs. Le débitmètre d’air massique à film chaud optimisé est placé directement derrière le boîtier du filtre à air.

Comme sur tous les moteurs essence modernes Mercedes-Benz, tous les compo-sants des nouveaux quatre cylindres, dont le bon fonctionnement est indispen-sable pour assurer de faibles rejets polluants, sont contrôlés par l’électronique. Ce système dit de diagnostic embarqué assure, par exemple, l’analyse en continu du rendement du catalyseur, le contrôle de l’allumage, la vérification électrique de la soupape de régénération, ainsi que le contrôle de la sonde lambda. Si l’un de ces systèmes présente un dysfonctionnement, le message « vérifier moteur » s’affiche sur le combiné d’instruments. Dans le même temps, les défaillances sont enregistrées pour permettre aux techniciens SAV de déterminer immédiatement la source du problème et de l’éliminer.

Une stabilité de marche caractéristique d’un six cylindres grâce au nouvel équilibrage des masses

Outre un développement de puissance exemplaire, une consommation réduite et un faible taux d’émissions polluantes, les nouveaux moteurs quatre cylindres Mercedes-Benz présentent encore un avantage : une stabilité de marche et une acoustique dignes d’un six cylindres – qualités auxquelles le nouvel équilibrage des masses Lanchester n’est pas indifférent. Deux arbres forgés à paliers mul-tiples, situés en dessous de l’équipage mobile, tournent en sens opposé, deux fois plus vite que le vilebrequin. Ils compensent ainsi les forces de masse inévitables, provenant notamment du mouvement des pistons et les vibrations gênantes qui en résultent.

Les dimensions, la masse et la position des arbres d’équilibrage ont été exacte-ment adaptées aux oscillations de masse du moteur quatre cylindres. Cette tech-nique permet de réduire considérablement les émissions sonores et les vibra-tions. En d’autres termes, elle représente un net gain pour le confort de conduite.

Le boîtier en aluminium qui accueille les arbres d’équilibrage est situé dans le car-ter d’huile, où il est vissé par le bas au bloc cylindres. L’entraînement est assuré par une chaîne à douilles simple à faibles masses. La pompe à huile du moteur est également logée dans le bloc cylindres ; elle est entraînée par l’un des deux arbres au moyen de deux roues dentées. Le bloc cylindres est en aluminium coulé sous pression (qui remplace la fonte grise du modèle précédent) et constitue une pièce essentielle dans la construction légère du nouveau quatre cylindres. En chiffres : le moteur pèse au total près de 167 kg, soit environ 18 kg de moins que son prédécesseur (presque 10 % de moins).

Une dynamique de marche au choix du conducteur

Mercedes-Benz met également en œuvre une nouvelle technique qui apporte une pierre supplémentaire à l’édifice du plaisir de conduire. Celle-ci reconnaît le type de conducteur et modifie les caractéristiques de réactivité du moteur en consé-quence. Pour un conducteur aux ambitions plutôt sportives, l’électronique fera en sorte que la Classe C réponde immédiatement à la moindre sollicitation de l’accélérateur. Si l’ordinateur décèle au contraire un conducteur amateur de confort, il ajuste la courbe caractéristique de l’électronique de telle sorte que le quatre cylindres s’adapte harmonieusement à ce type de conduite.

Afin de reconnaître sans erreur le type de conducteur, le système observe les moindres mouvements de pédale, enregistre en permanence les manœuvres d’accélération et adapte la caractéristique de l’accélérateur en fonction des don-nées recueillies. Cette adaptation est réalisée en continu, par petites étapes, pour éviter toute rupture entre le comportement routier de la voiture et les attentes du conducteur. En conduite sportive, la courbe de la pédale est telle que l’obturateur s’ouvre au-delà de la normale pour une course de pédale identique. Le moteur ré-agit de manière plus spontanée aux attentes du conducteur et atteint plus rapi-dement sa puissance d’accélération maximale. En conduite confort, l’électronique définit une courbe plus plate, entraînant l’ouverture plus lente de l’obturateur pour une même course de pédale, la voiture accélère avec davantage de sou-plesse.