Chaque moteur Mercedes-AMG qui équipe les huit modèles Mercedes-AMG offerts au Canada est le fruit d’une technologie de pointe, d’un design assisté par ordinateur et de méthodes de construction traditionnelles. Les moteurs Mercedes-AMG ont passé une multitude d’épreuves informatisées au dynamomètre et ont été soumis aux pires épreuves sur des milliers de kilomètres de pistes ; toutefois, ils se révèlent d’une souplesse et d’un raffinement dignes des moteurs Mercedes-Benz de série. Aucune automobile aux performances aussi remarquables que celles des Mercedes-AMG ne fait preuve d’autant de docilité et de souplesse que ces modèles dans des conditions de conduite normales.

Ayant déjà établi un nouveau point de référence en matière de performances avec le moteur V8 de 5,5 litres qui équipe actuellement la CLK55 AMG et la G55 AMG, Mercedes-AMG a diversifié sa gamme de moteurs avec un V6 suralimenté de 3,2 litres et 349 ch qui équipe les C32 AMG et SLK32 AMG, ainsi qu’un V8 suralimenté de 5,5 litres qui confère une puissance de 493 ch aux SL55 AMG, S55 AMG et CL55 AMG. Ce V8 suralimenté propulse également la E55 AMG, mais avec un système d’échappement plus petit qui réduit légèrement la puissance à 469 ch. Grâce au moteur V8 Kompressor AMG, chacun des quatre modèles passe avec aisance de 0 à 100 km/h en tout juste 4,8 secondes.

V8 Kompressor : un concentré d’énergie

Tout nouveau V8 suralimenté de 5,5 L à échangeur thermique est assemblé main par les techniciens experts de Mercedes-AMG à Affalterbach, en Allemagne, et passe des essais au banc visant à évaluer ses performances.

Un compresseur puissant situé entre les rangées de cylindres

L’impressionnante puissance du V8 AMG lui est conférée par un compresseur à courroie récemment mis au point. Ce compresseur de type « Lysholm », ou hélicoïdal, génère environ 30 % de pression de précharge de plus que les systèmes comparables de suralimentation à courroie. Chaque rotor enduit de téflon tourne à une vitesse de rotation maximale supérieure à 23 000 tr/min et, ce faisant, insuffle 1 850 kg d’air par heure dans les chambres de combustion du moteur (à 70 ºF, au niveau de la mer). La pression maximale de précharge est de 11,6 lb/po2, soit de 0,8 bar.

L’unité de gestion du moteur détermine le déclenchement du compresseur en fonction du régime et de la charge du moteur. Un embrayage électromagnétique enclenche instantanément le compresseur via sa courroie d’entraînement. L’avantage de ce lien direct avec le vilebrequin est que le compresseur peut réagir dès que le conducteur appuie sur l’accélérateur, produisant ainsi une puissante accélération, même au ralenti.

Le V8 suralimenté est également caractérisé par un système d’injection de carburant qui, pour la première fois sur une Mercedes-Benz, est contrôlé par un ordinateur. Ce système permet de s’assurer que le volume adéquat de carburant est injecté à chaque fois, selon le régime et la charge du moteur. En aval, un système d’échappement sophistiqué doté de convertisseurs catalytiques pare-feu en céramique et de deux puissants convertisseurs catalytiques métalliques permet à la voiture de se qualifier en tant que Véhicule à faible taux d’émission (LEV).

Échangeur thermique compact situé entre les rangées de cylindres

Pour que le rendement du moteur soit encore plus élevé, les experts de Mercedes-AMG ont mis au point un échangeur thermique novateur ou « refroidisseur de charge ». Situé entre les rangées de cylindres, ce dernier fonctionne comme un échangeur thermique air/eau, extrayant la chaleur de l’air comprimé et la transférant au liquide de refroidissement. Une pompe permet de faire passer l’eau à travers un refroidisseur spécial à basse température situé dans le module de refroidissement entre le condensateur d’air conditionné et le radiateur. Le système à basse température de l’air de précharge fonctionne indépendamment du circuit de refroidissement proprement dit du moteur V8. Contrairement aux systèmes air/air conventionnels avec lesquels le temps d’allumage et donc la puissance du moteur doivent être réduits dans certaines conditions de charge thermiques, ce refroidisseur eau/air sophistiqué à contre-courant permet de toujours tirer parti du potentiel maximum du V6 et du V8 suralimentés. Un refroidisseur d’huile est également logé dans le tablier avant du véhicule.

Compresseur intelligent, activé électromagnétiquement

Pour que le moteur soit le plus efficace possible, les ingénieurs ont conçu le compresseur de façon à ce qu’il s’engage via un embrayage magnétique en fonction du régime et de la charge du moteur. Développé en coopération avec la compagnie japonaise IHI, le compresseur ne fonctionne pas continuellement. Dans des conditions de charge partielle, les moteurs V6 et V8 Kompressor opèrent seulement comme des moteurs à aspiration naturelle. Le compresseur n’est activé que lorsque le conducteur désire accélérer. À moins de 2 700 tr/min, le compresseur est engagé lorsque la position du papillon des gaz et la charge du moteur l’imposent. À plus de 2 700 tr/min, le compresseur fonctionne à temps plein. Cela présente plusieurs avantages : efficacité thermique accrue, réduction de la consommation de carburant et diminution du bruit et des émissions.

Fonction de la charge et du régime du moteur, l’activation du compresseur est enclenchée par un couplage électromagnétique commandé par des impulsions en provenance du système de gestion du moteur Bosch ME 2.8.1, entièrement électronique. Le conducteur ne ressent et n’entend rien qui puisse indiquer que le compresseur a été activé. Le développement du couple se fait avec grande souplesse et le V6 ou le V8 suralimenté exhibe son pouvoir musclé de façon régulière tout le long de l’intervalle des tr/min.

Presque toutes les composantes mécaniques du moteur V8 de 5 L de base ont été drastiquement modifiées. La grande expérience de Mercedes-AMG en matière de moteurs haute performance destinés à la course automobile a permis les améliorations suivantes : • Un carter assemblé par boulonnage transversal spécial (principaux roulements, etc.). • Un vilebrequin en matériau plus durable, doté de roulements modifiés, qui est ainsi adapté au couple élevé du moteur suralimenté ; course de 92 millimètres. • Des pistons spécialement usinés pour résister à la chaleur et à la pression. • Une alimentation en huile dotée d’un nouveau carter et d’une pompe à huile plus puissante. • Des culasses dotées de plus grosses tubulures d’admission et d’échappement pouvant gérer un débit d’air plus élevé. • Des arbres à cames permettant une durée d’ouverture des soupapes plus longue, améliorant ainsi l’alimentation des chambres à combustion. • Un train de soupapes équipé d’une unité à doubles ressorts et de dispositifs de retenue légers. • Un bloc de commande électronique du moteur effectuant des tâches supplémentaires, telles que l’emploi d’une cartographie électronique pour activer le compresseur.

Construction traditionnelle et longue durée de vie typiques de Mercedes-Benz

Pour que les moteurs offrent des performances aussi remarquables, les techniciens de Mercedes-AMG les assemblent à la main, veillant à ce que les tolérances soient aussi minimes que possible. C’est là que l’expertise et les compétences de chacun entrent en jeu car chaque technicien est responsable d’un moteur entier. Le technicien assemble tout composant lui-même avec le plus grand soin, et ce du vilebrequin au compresseur, en passant par les bielles et les pistons. Pour répondre aux objectifs exceptionnels de performance et de longue durée de vie associés à une Mercedes, les ingénieurs Mercedes-AMG ont aussi été contraints de modifier certains aspects mécaniques du moteur. Le savoir-faire acquis au cours de trois décennies de course automobile a influencé ce processus.

Une puissance à résonance agréable

Le système d’échappement du moteur AMG est tout aussi sophistiqué que le reste de la voiture. À l’exception des deux conduits d’échappement, le système d’échappement de chaque modèle Mercedes-AMG bénéficie d’un design spécial. Les quatre convertisseurs catalytiques sont en matériaux céramiques et sont caractérisés par des parois minces. Les plus grandes surfaces des convertisseurs catalytiques permettent de réduire la pression de retour et d’accélérer le chauffage lors d’un démarrage à froid. Cela se traduit par de meilleures performances et une baisse des émissions. Le son qui jaillit du double pot d’échappement ovale signé AMG est d’ailleurs revigorant car il a une résonance spéciale particulièrement plaisante.

Le V8 à aspiration normale de Mercedes-AMG : puissance et souplesse remarquables

Tout comme le V8 et le V6 Kompressor, le V8 à aspiration normale de 5,5 L qui équipe la CLK55 AMG et la G55 AMG fait appel à un bloc-cylindres en aluminium coulé sous pression. Ce dernier est doté de chemises en fonte d’aluminium et de silicone dont la surface de friction est si faible qu’elle permet une réduction de 50 % de la tension des segments. Grâce à de telles mesures visant à réduire la friction, le coefficient de frottement de ce V8 est de 45 % inférieur à celui de bien d’autres moteurs, ce qui se traduit par des économies de carburant et une puissance accrue.

Les chemises sont coulées séparément mais au lieu qu’elles soient laminées à même le bloc, c’est ce dernier qui est coulé autour d’elles. Au cours de ce processus, 20 % du pourtour extérieur de chaque chemise fond tout en s’incorporant au bloc. Il en résulte que le bloc-cylindres est d’une rigidité exceptionnelle et d’une légèreté accrue. Ces chemises pèsent d’ailleurs 450 grammes de moins. La cylindrée du moteur est atteinte grâce à des alésages de 97 mm et à un vilebrequin en acier forgé (à rouleaux, conçu et construit par AMG) qui permet aux pistons d’avoir une course de 92 mm. Par conséquent, les cylindres de ce moteur de 5,5 litres ont presque les dimensions d’un « carré », vu que leur alésage et leur course sont pratiquement identiques. Pour les automobiles de série, bien des ingénieurs considèrent que ce type de design permet d’atteindre un équilibre idéal entre la vitesse de déplacement du piston (fonction de la course et de la longueur de la bielle) et la taille permise des soupapes (en grande partie déterminée par le diamètre du piston). Le vilebrequin forgé est équilibré dynamiquement, et chaque jeu de pistons et de bielles est minutieusement assorti en fonction du poids. Cela assure à ce V8 une puissance d’une grande souplesse et minimise les vibrations. Un carter d’huile en aluminium contribue également à la rigidité du bloc.

Le V8 de 5,5 L est doté de bielles creuses en acier forgé d'une seule pièce qui sont ensuite « craquées » hydrauliquement au lieu d'être coupées à la machine et réusinées. Cet assemblage unique résulte en une robustesse et une durabilité incroyables. Il permet également de raccourcir le processus de production puisque le réusinage n'est pas nécessaire. Les pistons en aluminium sont assemblés aux bielles à l’aide de manchons en silicone/aluminium. Une pompe à volume élevé injecte de l’huile dans la partie inférieure de chaque piston pour le refroidir, ce qui accroît la durabilité.

Matériel haut de gamme à rendement élevé

Ce qui contribue grandement à la plage étendue du couple du V8 Mercedes-AMG de 5,5 L, c’est sa tubulure d’admission à double résonance. AMG modifie la tubulure d’admission au magnésium du V8 de 5 L de série en lui conférant un plus grand diamètre pour accroître le flot d’air. Comme sur la tubulure Mercedes standard, la section AMG comprend de longs conduits qui s’enroulent en spirale autour de chaque cylindre. Cette tubulure met en jeu des clapets actifs (un par cylindre), qui demeurent fermés en dessous de 3 700 tr/min. Cela oblige l’air à emprunter la route la plus longue, ce qui accroît avantageusement les ondes de pression et augmente ainsi le flot d’air, améliorant par conséquent le couple à bas et moyen régime. À régime élevé, les clapets ferment l’accès aux longs conduits, obligeant ainsi l’air à emprunter une route plus directe vers les cylindres. Cela permet d’atteindre un couple plus élevé. L’unité de contrôle électronique du moteur détermine avec précision quand les clapets se ferment et s’ouvrent.

La révolution des trois soupapes

Tous les moteurs V6 et V8 actuels de Mercedes-Benz bénéficient de la technologie novatrice des deux bougies/trois soupapes par cylindre, qui permet de réduire les émissions de 40 % au stade critique de l’échauffement. Pour les modèles haute performance de la compagnie, AMG a favorablement accueilli cette approche.

Les catalyseurs d’échappement qui brûlent les polluants doivent s’échauffer afin de fonctionner efficacement, ce qui prend environ deux minutes pour bien des moteurs modernes. Des limites de plus en plus sévères du taux d’émission à travers le monde exigent que ce temps d’entrée en action soit réduit. Grâce en partie au design novateur des deux bougies/trois soupapes par cylindre, les nouveaux moteurs Mercedes-Benz et Mercedes-AMG répondent à ces strictes normes.

Comparés aux moteurs à quatre soupapes par cylindre, les moteurs Mercedes-AMG ont, à l'échappement, une surface réduite d'environ 30 %, ce qui diminue considérablement les pertes de chaleur entre le moteur et le convertisseur catalytique. Par conséquent, la température d'échappement est plus élevée (d’environ 70 degrés C ou 125 degrés F)

Il en résulte que le convertisseur est pleinement fonctionnel et se met en action environ 12 secondes plus tôt que dans le cas de la configuration à quatre soupapes. Vu que les moteurs modernes produisent la plupart de leurs émissions avant que leurs catalyseurs n’atteignent la température nécessaire (ou lors d’un démarrage par temps froid), le temps qui s’écoule lors de l’échauffement est critique et rend donc ces 12 secondes très appréciables.

La chaleur de combustion à l'intérieur de chacune des soupapes d'échappement est dissipée par l'intermédiaire d'une tige de soupape remplie de sodium, alors que la chaleur d'échappement est retenue et isolée à l'aide d'un conduit à double paroi incorporé à la tubulure d'échappement. La tubulure sans joints à double paroi est dérivée de la technologie à formation de liquide sous forte pression, qui permet d’obtenir une plus grande durabilité tout en réduisant le poids.

Avec la nouvelle technologie des trois soupapes, il n’y a aucun compromis au niveau de la puissance et du couple, contrairement à ce qui se produit avec la technologie des quatre soupapes. Sur tout moteur moderne efficace et bien conçu, la taille des soupapes d’échappement (quel que soit le nombre de soupapes) doit être légèrement inférieure à celle des soupapes d’admission, tout simplement parce que les « restes » de la combustion occupent moins d'espace que le mélange air-carburant qui alimente le moteur.

Chaque culasse loge un vilebrequin creux actionné par des chaînes à double rouleau et des dents recouvertes de caoutchouc. Les arbres du double culbuteur situé dans chaque culasse sont dotés de bras articulés à faible friction et à embout enduit d’aluminium, et dans chaque bras se trouve un petit lève-soupapes hydraulique qui assure un fonctionnement silencieux et sans entretien des soupapes.

Deux bougies permettant une combustion plus propre

Le fait d'utiliser une seule soupape d'échappement pour chaque chambre de combustion permet d'avoir la place nécessaire à deux bougies par cylindre. Allié à la nouvelle technologie à trois soupapes, le système novateur d'allumage déphasé à deux bougies de Mercedes-Benz a en fait permis d'améliorer les performances du moteur.

Entre autres, le système à double allumage commande à tour de rôle (et non simultanément) les deux bougies de chaque cylindre, et cela en fonction de la charge et de la vitesse du moteur. Ce déphasage du double allumage (ainsi que l'allumage de base) peut varier après chaque cycle de combustion, résultant en un contrôle très précis du processus de combustion. Cela permet aussi de maîtriser avec minutie la pression dans la chambre pour minimiser les bruits de combustion sans réduire l'efficacité du moteur. De plus, le système à double allumage autorise la présence d'un mélange air-carburant particulièrement « maigre », ainsi qu’un allumage retardé lors de la période d'échauffement (retard de 5 à 10 degrés par rapport à un design à une bougie par cylindre), ce qui accroît encore davantage le volume et la température des gaz d'échappement.

Arbres à cames modulaires réduisant le poids non suspendu

Bien qu’AMG ait retenu le design à trois soupapes et à simple arbre à cames en tête du V8 de Mercedes-Benz, les ingénieurs ont mis au point des ressorts de soupape à tension plus élevée et ont remplacé les arbres à cames de série par de nouveaux arbres à cames de construction modulaire. Les arbres à cames creux courants sont légers, mais les cames AMG le sont encore plus. La taille de la tête des soupapes est la même que celle des soupapes du V8 de 5 L de série de Mercedes-Benz, mais les cames AMG sont caractérisées par une durée d’ouverture des soupapes plus longue permettant d’offrir un surcroît de puissance.

Pour construire les arbres à cames, AMG utilise un tube sans joints soudé avec la plus grande précision. Des bossages de cames individuellement forgés sont placés sur le tube. Quand tous les bossages sont positionnés selon le bon angle et dans le bon axe, une lance d’expansion est insérée dans le tube. La lance dilate hydrauliquement le tube au niveau de chaque bossage, faisant ainsi fusionner les bossages avec l’arbre. Ce processus modulaire simplifie le design et la fabrication des arbres à cames.

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