Les moteurs essence à 3 cylindres

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Description détaillée

Pour abaisser encore la consommation en carburant et les émissions polluantes de leurs véhicules, les constructeurs lancent une nouvelle génération de moteur essence « down-sizing ». Il s'agit de moteurs à 3 cylindres qui offrent les avantages suivants :

 

 

 

• Compacité
• Optimisation de la masse
• Rendement accru
• Coût de production maîtrisé.

 

 

 

Suivant les modèles, les véhicules et les constructeurs, voici les technologies rencontrées :

 

 

 

• Dispositif « stop and start »,
• Injection directe ou indirecte,
• Suralimentation par compresseur ou turbocompresseur,
• Revêtement et traitement des surfaces de contact spécifiques,
• Courroie de distribution "humide",
• Pompe à huile pilotée,
• Collecteur d'échappement intégré à la culasse…

 

 

C'est pour répondre aux règlements de dépollution (Euro 6c et Euro d) mais aussi à la règlementation européenne sur les émissions de CO2 (objectif 59 g/km pour 2030) que ces moteurs à 3 cylindres ont été développés. Ils permettent : 

 

• une implantation aisée dans les petits véhicules, 
• une implantation aisée dans les véhicules hybrides ou « mild » hybrides,
• un gain de poids de 10 à 15 kg par rapport aux moteurs des générations précédentes, 
• une diminution du nombre de pièces en mouvement,
• Une augmentation de la cylindrée unitaire (par rapport à un 4 cylindres),
• Une optimisation des coûts de production.  

 

Exemples de véhicules concernés en Euro 6b et Euro 6c : 

 

• P.S.A propose, sur la Peugeot 308 et le Citroën C4 Picasso, un 3 cylindres turbo décliné sous 2 versions : EB2DT 1.2L (110 ch)  et EB2DTS 1,2L (130 ch).

 

 

 

• Renault propose sur la Clio IV un 3 cylindres turbo  H4Bt 0,9L (90 ch). 

 

• Ford propose sur la Focus, la Fiesta et le Cmax un 3 cylindres turbo Ecoboost décliné sous 3 versions :

1.0L SCTi (100 ch) turbo.
 

1.0L SCTi (125 ch) turbo. 

 

1.0L SCTi (140 ch) turbo. 

 

 

 

 

 

Le constructeur annonce une version avec désactivation de cylindre. Lors des phases de fonctionnement à faible charge, le cylindre n°2 sera coupé. 

 

• Le groupe Volkswagen propose sur la VW Polo, la VW Golf et l'Audi A1 un 3 cylindres turbo EA211 décliné pour l'instant sous 2 versions 1.0 TSI (95 ch) et 1.0 TSI (115 ch). 

 

• Opel propose sur l'Adam et la Corsa un 3 cylindres turbo décliné sous 2 versions : 1.0 SIDI (90 ch) et 1.0 SIDI (115 ch). 

 

• BMW propose sur la mini, la série 1 et la série 3 un 3 cylindres turbo de 1500 cm³ B38. Il développe 136 ch. (une version 231 ch équipe la BMW hybride I8.) 

 

• Kia propose sur la Cee'd GT line un 3 cylindres turbo 1.0 TGDI (Injection Directe) développant 120 ch et 172 N.m de couple dès 1500 tr/mn. 

 

• Suzuki propose sur la Baléno un 3 cylindres turbo "Boosterjet" de 998 cm³ (Injection Directe) développant 111 ch et 170 N.m de couple dès 2000 tr/mn. 

 

• Enfin Nissan propose sur la Micra et la Note un 3 cylindres équipé d'un compresseur volumétrique, il développe 98 ch.

 

Exemples de constructeurs concernés en Euro 6d : 

Peugeot / Citroën / Opel moteurs EB2DT de génération 3. Version EB2LTEDH2 (HPX) 75kW-100ch et version EB2LTDH2 (HPY) 100 kW-136ch. Ces moteurs adoptent un turbo à géométrie variable et une pression d'injection de 350 bars (200 bars en génération 1, 250 bars en génération 2).

Fiat / Alfa Roméo moteur GSE T3 de 999 cm³ développant 88kW-120ch. Il est doté d'un turbo d'un système d'injection directe et du système Multiair de génération 3.
 

Les performances et les technologies utilisées : 

 

Ils sont suralimentés, et équipés d'une injection directe, à l'exception du moteur H4Bt Renault qui conserve une injection indirecte traditionnelle.

 

Ils sont tous équipés de déphaseurs d'arbre à cames. 

 

Le moteur Nissan présente la particularité de fonctionner suivant le cycle « Miller ». Il a un taux de compression de 13/1. Tous ces nouveaux moteurs ont des blocs en alliage d'aluminium, à l'exception du Ford Ecoboost qui, lui est équipé d'un bloc en fonte permettant une montée en température plus rapide. Le moteur BMW est équipé du système de levée de soupape variable « Valvetronic ».

 

 

Les particularités techniques rencontrées sur ces moteurs :

 

 

 

• Distribution par chaîne à faible frottement, par courroie ou par courroie humide. 
• Utilisation de poussoirs mécaniques avec revêtement D.L.C. (Diamond Like Carbon).
• Collecteur d'échappement et support moteur intégrés à la culasse. 
• Circuit de refroidissement à double thermostat.
• Pompe à huile pilotée.
• Attelage mobile avec revêtement D.L.C. (Diamond Like Carbon).
• Déport de vilebrequin (Offset).
• Arbre d'équilibrage.
• Adaptations mécaniques à l'hybridation

 

 

Détail des particularités techniques citées précédemment : 

 

• La distribution : 

 

Les moteurs Peugeot et Ford sont équipés d'une distribution par courroie dite « humide ». Protégée par un carter en aluminium étanche, elle est soumise à une atmosphère huileuse provenant du carter d'huile inférieur. Le moteur VW est équipé d'une courroie crantée « classique » sans entretien (les pignons d'arbre à cames sont triovales, la tension de courroie a été réduite). Les moteurs Renault, Opel, Nissan et BMW sont équipés d'une chaîne à dents inversées. Cette technologie permet de réduire les frottements et les bruits de fonctionnement.

 

 Nota : Les moteurs Stellantis EB2DT de génération 3 adoptent une distribution par chaine à faible friction (la distribution par courroie humide des génération 1 et 2 est abandonnée).

• Les poussoirs de soupape : 

 

Sur les moteurs PSA (EB2DT génération 1 et 2) et Renault, l'attaque des soupapes est réalisée par des poussoirs mécaniques recouverts d'un revêtement à basse friction D.L.C. (Diamond Like Carbon).

Nota : Les moteurs Stellantis EB2DT de génération 3 adoptent des linguets à rouleau.

 

 

 

 

• Le traitement des vibrations moteur : 

 

Sur les moteurs 3 cylindres (ordre d'allumage 1, 2, 3), les manetons sont décalés de 120°. Il s'agit d'un vilebrequin en étoile. Le moteur à 3 cylindres en ligne génère un couple de galop d'ordre 1 important. Pour annuler ces vibrations, il est nécessaire d'ajouter des contrepoids sur le vilebrequin. Il faut également équiper le moteur d'un arbre d'équilibrage tournant à la vitesse du vilebrequin, mais en sens inverse.  Les moteurs Opel (1000 cm³), PSA (1200 cm³), Ford (1000 cm³) avec boite de vitesse automatique et BMW (1500 cm³)  sont équipés d'un arbre d'équilibrage. Sur les moteurs Renault, Ford (avec boite de vitesse manuelle), WV et Nissan le couple de galop est traité partiellement en agissant sur le vilebrequin et les poulies d'accessoire.

 

 

 

• La conception de la culasse : 

 

Sur les moteurs Ford, VW, Opel et PSA, le collecteur d'échappement est intégré à la culasse. Cette architecture nécessite des techniques de fonderie particulières (procédé à modèle perdu) et permet un gain de poids sur le haut moteur. Refroidi par le liquide de refroidissement, ce type de collecteur permet : 

 

une montée en température plus rapide du haut moteur, 

 

un abaissement de la température des gaz d'échappement lors des phases de fonctionnement à chaud (conditions favorables au bon fonctionnement des turbocompresseurs). 

 

Chez certains constructeurs, les supports moteur, les boîtiers de sortie d'eau sont également intégrés à la culasse.

 

 

• Le circuit de refroidissement :

 

 

 

Les moteurs Ford, VW, Renault, Opel et PSA sont équipés d'un dispositif de refroidissement à double thermostat. Ce dispositif permet : 

 

Une montée en température du moteur plus rapide. 

 

Un maintien de la température culasse à environ 90°C.

 

 

 

Un fonctionnement du bas moteur à une température plus élevée (environ 100°C).

 

 

• Le circuit de lubrification :

 

 

 

Ces moteurs sont équipés d'une pompe à huile à cylindrée variable. Sur la majorité des modèles, elle est pilotée par le calculateur.
 

 

 

 

 

• L'attelage mobile :

 

 

 

Chez certains constructeurs, les axes de piston et les segments sont également traités au moyen d'un revêtement à basse friction (D.L.C.).

 

 

 

 

• Le déport de vilebrequin :

 

 

 

Appelée « Offset », cette particularité technique s'est généralisée sur ces nouveaux moteurs. Elle permet de diminuer les frottements entre le piston et le cylindre. Il en résulte : 

 

Une usure du cylindre (ovalisation) diminuée. 

 

Un rendement moteur augmenté.

 

 

 

Le décalage axe des fûts / axe vilebrequin peut atteindre 10 mm.

• Les adaptations mécaniques à l'hybridation :

Sur les moteurs Stellantis de génération 3 (Euro 6d) :

Le bloc moteur a été renforcé pour accueillir une boite à vitesses intégrant le moteur électrique.

Les 3 coussinets supérieurs de bielle reçoivent un traitement polymère.

Les 2 coussinets du pallier de vilebrequin coté distribution reçoivent également un traitement polymère.

 

 

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Méthodes et pratiques

Les véhicules équipés de moteurs essence à 3 cylindres doivent être entretenus suivant le programme d'entretien préconisé par le constructeur.

Exemple de plan d'entretien de la Ford focus SCTi 100 ch de 2013 :

·         Tous les 20.000 km ou 12 mois :

Vidange moteur + remplacement du filtre à huile.

·         Tous les 60.000 km ou 36 mois :

Remplacement du filtre à air et des bougies d'allumage.

·         Tous les 240.000 km ou 10 ans :

Remplacement de la courroie de distribution.

·         Tous les 10 ans :

Remplacement du liquide de refroidissement.

Exemple de plan d'entretien de la Peugeot 308 1,2 THP 130 ch de 2015 :

·         Tous les 20.000 km ou 12 mois :

Vidange moteur + remplacement du filtre à huile.

·         Tous les 40.000 km ou 48 mois :

Remplacement des bougies d'allumage.

·         Tous les 60.000 km ou 48 mois :

Remplacement du kit filtre à air.

·         Tous les 120.000 km ou 72 mois :

Remplacement de la courroie d'accessoire.

·         Tous les 180.000 km ou 120 mois :

Remplacement du kit de distribution.

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Impact sur les compétences en atelier

Un opérateur service rapide qui intervient sur un  moteur 3 cylindres essence doit :
 

• Connaitre les critères de sélection des fluides et des pièces à remplacer lors des entretiens.
• Savoir utiliser la documentation technique d'atelier (procédures et périodicités des entretiens).
• Savoir utiliser l'outillage destiné à l'entretien périodique d'un véhicule.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions de base.

Un technicien qui intervient sur un moteur 3 cylindres essence pour effectuer une recherche de panne ou une réparation doit : 
 

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement des systèmes de suralimentation essence.
• Connaitre le fonctionnement du circuit de lubrification et de refroidissement des moteurs essence.
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
• Savoir utiliser un manomètre, un multimètre.