Le six cylindres BMW en ligne de 3,0 litres

1.1 Résumé

La société Bayerische Motoren Werke continue à renforcer sa position de pointe
reconnue parmi les motoristes : une fois de plus, le moteur mis en oeuvre pour
la première fois en 1989 vient d'être révisé de fond en comble. L'équipe de
développement basée au Centre de Recherche et d'Ingénierie BMW (FIZ) avait été
chargée d'ouvrir une nouvelle dimension en matière de puissance et de couple,
de sobriété et d'écocompatibilité.

Ce n'était pas une mission simple. Les spécialistes et les clients, n'étaient-
ils pas unanimes pour dire que même à la fin de son cycle de vie, le
prédecesseur du nouveau six cylindres en ligne était toujours la référence de
sa catégorie ? Au cours de la dernière année de production, ce moteur s'est vu
attribuer le titre "Engine of the Year 1999" pour la variante de 2,8 litres,
une distinction reconnue à l'échelle mondiale, décernée par la publication
spécialisée américaine "Ward's Engine".

Le résultat obtenu à l'issue d'une période de développement de 24 mois
seulement pour le nouveau moteur est remarquable. Et ce, même au niveau du look
: cette mécanique compacte sait enthousiasmer avant même d'être mise en marche,
par l'impression d'esthétisme et de simplicité qu'elle dégage. Tous les câbles
électriques disparaissent dans des gaines réalisées avec un grand amour du
détail et les organes annexes se fondent harmonieusement dans le design du
moteur dominé par le système d'admission et le couvre-culasse. Cet extérieur
alléchant est confirmé par les valeurs intrinsèques. Le nouveau moteur de 3,0
litres corrobore de manière impressionnante la position de leader que BMW
détient dans la construction de moteurs automobiles en matière de dynamisme et
de technologie :

· puissance maximale 170 kW (231 ch) à 5900 tr/mn
· couple maxi. 300 Nm dès 3500 tr/mn, dont 90% dès 1500 tr/mn
· le moteur respecte fiablement les valeurs limites stipulées par les futures
normes antipollution européennes et américaines, D4 et ULEV, même après un
kilométrage élevé.

Le moteur fêtera sa première au mois de mai 2000 sur le BMW X5 avant d'équiper
dès juin 2000 le coupé, la berline, la touring et le cabriolet de la série 3
ainsi que le roadster et le coupé Z3.

1.2 Les raisons du choix en faveur du six cylindres en ligne

Les lois de la physique sont immuables : contrairement aux autres
architectures, la disposition des cylindres en ligne est du point de vue de la
physique l'optimum pour le moteur six cylindres. L'absence totale de forces et
de moments d'inertie libres, qui s'explique par le parfait équilibre interne de
cette architecture, n'est atteinte par aucun autre principe de conception. Là
où d'autres architectures cherchent à compenser leurs inconvénients en matière
de vibrations à grand renfort d'arbres d'équilibrage et de supports moteur
sophistiqués, le six cylindres en ligne exploite pleinement l'atout de son
concept. Aucun symptôme indésirable ne doit être combattu, car la base est déjà
bonne. Le fonctionnement du six cylindres en ligne BMW, qu'on compare à celui
d'une turbine, est légendaire.

Cette architecture constitue, de plus, une valeur sûre, ce qui est un avantage
à ne pas sous-estimer. Vu la complexité croissante des distributions actuelles,
le fait de n'avoir besoin sur le moteur à cylindres en ligne que d'une seule
culasse et, donc, d'une seule distribution au lieu de deux sur le moteur à
cylindres en V, se révèle en effet être un facteur de coût de plus en plus
important.

1.3 La technique en détail

Augmentation de la cylindrée, optimisation de la distribution et double VANOS
Le carter-moteur en aluminium avec les chemises insérées à la coulée a été
repris du moteur précédent sans aucune modification. Pour faire passer la
cylindrée de 2,8 litres à 3,0 litres, la course a été portée de 84,0 mm à 89,6
mm, ce qui a exigé l'adoption d'un nouveau vilebrequin. L'augmentation de la
cylindrée est à elle seule responsable de 30% (= 8,5 kW) et, donc, de la plus
grande partie du gain de puissance, qui atteint désormais 170 kW (231 ch) au
lieu de 142 kW (193 ch) sur l'ancien moteur.

L'ouverture des soupapes d'admission a été prolongée de 12° de course du
vilebrequin, la levée des soupapes a été augmentée de 0,9 mm. Associées aux
modifications de moindre envergure sur le double VANOS*, système BMW unique,
cet ensemble d'interventions contribue à raison de 12% (= 3,5 kW) à
l'augmentation de la puissance.

* "VANOS" est l'abréviation du terme allemand désignant le calage variable
des arbres à cames ("Variable Nockenwellen-Spreizung"). Au moment de son
lancement sur le moteur BMW M50 en 1992, cette technologie a fixé un jalon dans
l'histoire du moteur à combustion interne. Les ingénieurs BMW furent les
premiers à avoir réussi le développement d'un système se prêtant à la
construction en grande série et permettant d'exercer une influence positive
déterminante à la fois sur les émissions, la puissance et le couple, la qualité
du ralenti et la consommation du moteur.

Le système repose sur un mécanisme de réglage permettant de modifier la
position relative de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin. Cette astuce
jeta le fondement pour une distribution variable.

Dans sa toute première version, le système ne comportait qu'un calage tout ou
rien de l'arbre à cames d'admission, avant qu'une évolution n'introduise la
solution actuelle permettant le calage en continu de l'arbre à cames
d'admission et de celui d'échappement. D'où le nom de double VANOS. Mais
comment ce système agit-il dans la pratique ? Il permet pour chaque point de
fonctionnement du moteur (c'est-à-dire pour chaque combinaison possible entre
charge moteur et régime) d'intervenir de manière ciblée sur le retour des gaz
d'échappement chauds dans le système d'admission, en d'autres termes, sur la
recirculation interne des gaz d'échappement. Le débit des gaz d'échappement
recyclés peut être dosé finement. Lors de la mise en température du moteur,
VANOS optimise la formation du mélange et aide le pot catalytique à atteindre
rapidement sa température de service. Le système réduisant les taux de
recirculation des gaz d'échappement au ralenti, celui-ci est plus régulier. En
charge partielle, il réalise des taux

de recirculation élevés. L'ouverture du papillon peut ainsi rester plus
grande, ce qui a un effet positif sur la consommation de carburant. Enfin, à
pleine charge, le système réduit les taux de recirculation afin que les
cylindres puissent admettre un maximum d'oxygène.

Système d'admission et ligne d'échappement "désentravés"
Le système d'admission, la ligne d'échappement et toutes les parties du moteur
traversées par l'air admis ont été entièrement reconçus pour minimiser les
pertes par écoulement et maximiser le remplissage des cylindres grâce à un
effet de résonance optimal. Cela peut, certes, paraître peu spectaculaire,
contribue pourtant pour une part de pas moins de 57% (= 16 kW) au gain de
puissance.

Papillon des gaz à commande entièrement électronique
Pour permettre une réponse encore plus fine à la demande exprimée par le
conducteur (= actionnement de l'accélérateur) en stop-and-go tout en assurant
une réaction spontanée de la voiture lorsque le conducteur requiert beaucoup de
puissance, le papillon des gaz actionné jusqu'ici par voie électro-mécanique a
été remplacé par un papillon entièrement électronique. Le principe est connu du
12 cylindres BMW : il n'y a plus de liaison mécanique entre l'accélérateur et
le papillon des gaz. Le système identifie à chaque instant le rapport de boîte
dans lequel la voiture évolue et peut ainsi piloter pour chaque rapport une
caractéristique de papillon programmée individuellement avec les conséquences
décrites ci-dessus. Grâce au papillon des gaz à commande électronique, les
passages par exemple d'une phase de décélération à un fonction-nement en charge
partielle et inversement sont encore plus har-monieux, c'est-à-dire plus
discrets. Le gain de confort se fait également sentir lorsque le régulateur de
vitesse est enc

lenché, dont la fonction est, elle aussi, intégrée au papillon électronique.
Autre corollaire apprécié : les efforts d'actionnement de l'accélé-rateur sont
sensiblement réduits grâce à la suppression d'éléments de transmission.

En raison de l'extension des fonctionnalités par des routines de diagnostic
supplémentaires, un capteur de la pression ambiante pour optimiser différentes
fonctions du moteur et le papillon électronique, il a été nécessaire
d'accélérer la fréquence de base de la gestion moteur en la portant de 16 à 24
MHz. Le nombre de cartographies et de caractéristiques gérées par la gestion
moteur est passé à 600.

Consommation de carburant inchangée malgré l'énorme augmentation de la
puissance
En règle générale, une augmentation de la cylindrée s'accompagne d'une
augmentation de la consommation. Ce n'est pas le cas ici : en réduisant le
frottement des pistons, en abaissant le régime du ralenti et en optimisant la
distribution, les ingénieurs BMW ont réussi à maintenir la consommation selon
le nouveau cycle de conduite européen (NEDC) au niveau très bas que l'on sait.

Seuils d'émission limites fixés par les normes D4 et ULEV largement respectés
Le concept des pots catalytiques implantés près du moteur, qui distingue déjà
le moteur précédent, a été conservé. La densité de la structure alvéolaire des
monolithes à revêtement métallique a été augmentée, alors que l'épaisseur des
parois a été réduite. Ces modifications se traduisent par un accroissement de
la surface géométrique de 25% et un raccourcissement du temps de mise en
température du catalyseur.

Dès son lancement commercial en juin 2000, le moteur répondra sur tous les
modèles qu'il équipera à la norme antipollution D4 qui n'entrera en vigueur
qu'en 2005, ce qui vaudra un avoir fiscal de 600 DM à l'automobiliste qui
immatriculera en Allemagne sa voiture ainsi équipée.

Frais d'entretien remarquablement bas
Le nouveau six cylindres en ligne de 3,0 litres témoigne une fois de plus de
l'importance que BMW accorde d'une façon générale à l'aspect économique lors de
la conception de la chaîne cinématique :

· La commande des arbres à cames par chaîne et l'entraînement des organes
secondaires par courroie poly-V sont exempts d'entretien et conçus pour durer
pendant toute la durée de vie du moteur.
· Il n'est pas nécessaire de rattraper le jeu des soupapes. Un dispositif
autorégulant appelé compensation ou rattrapage hydraulique du jeu des soupapes
veille à ce que celui-ci soit maintenu à un niveau constant pendant toute la
durée de vie du moteur.
· Le rattrapage de l'embrayage n'est pas nécessaire, puisqu'il est à réglage
automatique.
· Le filtre à air et les bougies ne doivent être remplacés qu'après 100 000
kilomètres.
· Le remplissage d'huile de la boîte de vitesses et du différentiel arrière est
un remplissage à vie.
· Aucune révision n'est nécessaire après la période de rodage.
· L'indicateur de maintenance BMW perfectionné contribue également à minimiser
les frais d'entretien : il informe le conducteur de la distance qu'il peut
encore parcourir avant que ne s'impose la prochaine vidange d'huile. Les
vidanges d'huile ne sont plus nécessaires après un kilométrage fixe. La
sollicitation des huiles est en effet calculée en fonction des conditions
d'utilisation individuelles de la voiture et les intervalles de révision
déterminés en conséquence. Les gros rouleurs peuvent ainsi atteindre des
intervalles de vidange de 30 000 km, alors qu'un conducteur qui roule peu, peut
être invité à présenter sa voiture à la prochaine révision après 23 000 km déjà.

Le moteur identifie toutes les qualités d'essence d'un indice d'octane comprise
entre 87 et 98 et ne souffrira même pas en cas de fonctionnement continu avec
une mauvaise qualité de carburant. Comme sur tous les moteurs à essence BMW, un
régulateur dit anticliquetis adapte automatiquement les paramètres de service
du moteur aux différentes qualités de carburant. La puissance indiquée - 170 kW
(231 ch) - n'est toutefois valable que pour le fonctionnement avec de l'essence
d'un indice d'octane de 98 (= superplus).