Présentation moteur: 2.0l diesel Mercedes OM 654

Le nouveau moteur 4 cylindres 2.0l diesel (nom de code OM 654) prend la relève du 2.2l (OM 651) présent dans la gamme Mercedes depuis 2008. Le moteur OM654 a été développé en vue de respecter les prochaines normes d'émissions Euro 6d-TEMP (applicables à partir de 2017) et Euro 6d.

(NOTE) cet article a fait l'objet d'une mise à jour en août 2020 afin de prendre en compte les évolutions suivantes :

• adaptation du moteur pour les véhicules à moteur transversal (OM 654q)
• Evolution des systèmes de dépollution
• Variante à double suralimentation (OM 654 D20 G)
• Version "électrifiée" (OM 654 M)

La norme Euro 6d est un pas important en matière de réduction des émissions de gaz polluants. En premier lieu, le cycle d'homologation NEDC cède sa place au cycle WLTP. Surtout, le nouveau processus d'homologation comportera des mesures effectuées en conditions de conduite réelles.

Architecture générale

Le moteur OM 654 est bâti autour d'un bloc moteur en aluminium tandis que les pistons sont en acier. Par rapport à son prédécesseur, le nouveau 2.0l voit sa course réduite à 92,3 mm (contre 99 mm auparavant). L'alésage évolue lui-aussi avec 82mm (contre 83mm précédemment). Toutefois, ces nouvelles caractéristiques font toujours du moteur OM 654 un moteur à l'architecture longue course, privilégiant le couple à bas régime plutôt que les haut régimes. 

L'espacement entre les cylindres a été réduit de 94 mm à 90 mm, ce qui permet de gagner de précieux millimètres en longueur.  La longueur n'a pas été le seul point d'amélioration, la hauteur du moteur a fait l'objet de mesure spécifiques. Réduire la hauteur du moteur permet d'abaisser le centre de gravité, mais aussi de réduire les risques de blessures sévères en cas de choc piéton sur le capot. 

Pour ce faire, Mercedes a reconduit le positionnement de la chaîne de distribution à l'arrière du moteur (lorsque le moteur est en position longitudinale). La chaîne ne nécessite normalement pas de remplacement durant la durée de vie du moteur. Néanmoins, cette disposition est de nature à rendre les opérations de contrôle (contrôle de la tension par exemple) plus compliquées.

Le moteur OM654 est aussi disponible sur les modèles à moteur transversal (classe A et carrosseries dérivées) dans une version dénommée OM 654q. Dans ce cas, c'est le système d'échappement qui se retrouve à l'arrière du moteur. Certains composants ont été modifiés et/ou déplacés pour s'adapter à cette architecture. Au global, les technologies présentes sont les mêmes quelle que soit la position du moteur.

Par rapport à son prédécesseur, le moteur OM 654 est plus léger de l'ordre de 35 kg. 

Suralimentation

Le moteur OM654 est équipé d'un unique turbo à géométrie variable (VGT). Il est refroidi par eau. Dans sa version la plus puissante (OM 654 D20 G) développant 180 kW (240 chevaux) et 500 N.m, Mercedes fait appel un double turbocompresseur. Il comporte un premier turbocompresseur à géométrie variable qui est réactif dès les plus bas régimes et un second turbocompresseur à géométrie fixe.

Au fur et à mesure que le régime moteur et/ou la charge augmentent, une soupape de décharge s'ouvre progressivement afin de dévier les gaz vers le second turbocompresseur qui va procurer un maximum de pression de suralimentation afin d'augmenter le couple et la puissance en conséquence.

Optimisation de la combustion 

Le taux de compression est de 15,5, un taux plutôt faible pour un moteur diesel qui n'est pas sans rappeler la philosophie de Mazda (technologie Skyactiv-D). Le moteur compte quatre soupapes par cylindre actionnées par des linguets à rouleaux. 

L'injection de carburant se fait directement à l'intérieur des cylindres à une pression pouvant atteindre 2.050 bars, une valeur dans la moyenne pour un 4 cylindres diesel (à l'exception de Volvo dont la pression est portée à 2.500 bars). Dans sa variante à double turbocompresseur étagés (OM 654 D20 G), la pression d'injection peut atteindre 2.500 bar.

D'autre part, le bol du piston étagé permet d'obtenir un taux de combustion plus élevé, favorable à une diminution des émissions de gaz polluants (notamment au sujet des particules fines. 

Systèmes de dépollution

Comme il a été évoqué précédemment, le moteur OM 654 a été développé dans l'optique d'être conforme aux futures évolutions de la norme européenne Euro 6d applicables à partir de 2017 pour les nouveaux types de véhicule. Pour ce faire, le nouveau 2.0l diesel est équipé de deux EGR (dispositif de recirculation des gaz d'échappements), d'un filtre à particules et d'un SCR. 

Le premier EGR prélève les gaz au niveau du collecteur d'échappement. Les gaz ainsi prélevés passent à travers un échangeur refroidi par eau pour abaisser la température. Le second EGR prélève les gaz après le SCR. Les gaz ainsi prélevés sont plus "propres" car ils sont passés à travers les dispositifs de dépollution. Néanmoins, en raison d'une contrepression moindre, il est plus complexe de rediriger les gaz vers l'admission moteur plutôt que vers les silencieux. 

Outre les deux EGR, le système de traitement des gaz se compose d'un catalyseur d'oxydation (DOC), d'un filtre à particules intégrant un revêtement de type SCR (SDPF) et d'un catalyseur supplémentaire SCR pour réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx). 

Jusqu'à présent chez Mercedes, les dispositifs de réduction des NOx (SCR) étaient implantés sous le plancher du véhicule. Cette disposition a pour avantage de garantir un bon mélange entre les gaz d'échappement et l'urée. Elle a surtout comme inconvénient majeur d'être dans une zone plus froide (car éloignée du moteur et partiellement soumise à la circulation de l'air sous le véhicule. Ce point est néfaste pour obtenir une bonne efficacité des réactions chimiques lors d'un démarrage à froid.

Surtout, ce moteur étant destiné à être proposé sur une vaste quantité de modèles et aucun modèle n'ayant un tunnel de transmission identique, cela crée un risque de se retrouver avec une multitude de géométries différentes. Il faut donc, pour chaque type de modèle (moteur en position longitudinale ou transversale, traction ou 4 roues motrices, etc.) refaire de nouvelles études pour optimiser les réactions au sein du dispositif SCR. 

En accrochant désormais les systèmes de dépollution directement sur le moteur, les systèmes sont à température bien plus rapidement et surtout, quel que soit le modèle dans lequel le moteur est monté, les performances du système de dépollution restent quasi-identiques. Il n'y a donc pas de développement supplémentaire à faire lorsqu'il s'agit d'implanter le moteur dans un nouveau véhicule.

En revanche, la mise au point d'un tel dispositif est plus complexe car il y a une très courte distance entre l'injection d'AdBlue dans la ligne d'échappement et l'entrée du substrat SCR. De fait, le mixeur joue un rôle majeur (situé entre le point d'injection et le SDPF) pour assurer à la fois une conversion rapide de l'AdBlue en urée, une bonne homogénéité entre les gaz d'échappement et l'urée et une bonne uniformité des gaz à l'entrée du filtre à particules.

Néanmoins, afin de satisfaire aux dernières évolutions des essais en conditions de conduite réelles (réduction du facteur de conformité) des normes Euro 6d, Mercedes a du se résoudre à équiper l'OM654 d'un second SCR sous le plancher. Un deuxième injecteur permet d'alimenter en ammoniaque cet SCR additionnel.

Dans sa version à double turbocompresseur, le catalyseur d'oxydation a aussi une fonction de piège à NOx. Ainsi, lors des démarrages à froid, les oxydes d'azote sont stockés temporairement dans ce piège, le temps que les systèmes SCR soient à la bonne température pour traiter les NOx.

Enfin, dans le but de conserver la chaleur à l'intérieur de la ligne d'échappement (au bénéfice de l'efficacité des dispositifs de traitement des gaz, notamment à froid et à faible charge), de diminuer la température de surface (les composants périphériques sont moins exposés aux hautes températures) et de réduire partiellement le bruit au sein de la baie moteur, les systèmes de dépollution sont complètement isolés thermiquement.

Hybridation légère : moteur OM654 M 

Cette nouvelle variante se base sur la version à double turbocompresseur (OM654 D20 G). Si elle conserve une cylindrée de 2.0 l, elle voit sa course augmentée à 94 mm : sa cylindrée exacte passe donc de 1950 cm3 à 1993 cm3.

La version OM654 M est pourvue de 2 turbocompresseurs à géométrie variable (contre 1 seul à géométrie variable et un à géométrie fixe sur la version D20 G) et la pression d'injection peut désormais atteindre 2.700 bar.

D'autre part, les pistons sont désormais pourvus d'un canal de refroidissement rempli de sodium afin de limiter les pics de température dans certaines zones critiques du piston.

La variante OM654 M est une version dite électrifiée : elle intègre un alterno-démarreur (logé à l'entrée de la boîte de vitesses automatique) capable de fournir jusqu'à 15 kW de puissance. L'OM654 M peut compter sur une alimentation électrique en 48 V.

Enfin, le compresseur de climatisation est actionné à l'aide d'un moteur électrique (plutôt que d'être entraîné par la courroie accessoires du moteur).

Production

Les principaux composants du moteur sont fabriqués dans l'usine d'Untertürkheim (Stuttgart). Les pièces sont ensuite expédiées à Kölleda (Thüringen, centre de l'Allemagne, à 400 km au nord-est de Stuttgart) pour l'assemblage final du moteur chez MDC Power.  

MDC Power est une entreprise détenue à 100 % par Daimler. Elle produit des moteurs pour Mercedes depuis 2003 (plus de 5 millions de moteurs produits depuis la création de l'usine) et emploie plus de 1.000 personnes. 

Outre le nouveau 2.0l diesel (OM 654), MDC Power fabrique les 4 cylindres essence M270 (1.6l à 2.0l à injection directe) et M133 (2.0l équipant les modèles AMG avec une implantation du moteur transversale / A, CLA, GLA). Enfin, MDC Power poursuit la production du prédécesseur OM 651.

Crédits photos: Daimler / MDC Power / Borgwarner (double suralimentation)