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Moteur au gaz naturel

Système de transmission à bicarburation

Le modèle B 170 NGT BlueEFFICIENCY est le premier modèle compact de Mercedes-Benz avec moteur bicarburation au gaz naturel code (924). Celui-ci peut fonctionner au choix avec du gaz naturel GNC (gaz naturel comprimé) ou avec de l'essence sans plomb 95.
Avec la technologie gaz naturel (NGT), les clients de Mercedes-Benz peuvent faire le plein avec deux types de gaz, selon la disponibilité, pour le fonctionnement au gaz naturel : soit de préférence avec du gaz H, au pouvoir calorifique supérieur, soit sinon avec du gaz L, au pouvoir calorifique plus faible. Le gaz de pétrole liquéfié GPL (Liquefied Petroleum Gas) ne doit pas être utilisé dans ce modèle.

Avantages

Le grand avantage du système GNC est la réduction de 20 pour-cent des émissions de CO2 par rapport à des moteurs essence comparables. Avec une consommation de 4,9 kilos de gaz naturel pour 100 kilomètres, la B 170 NGT BlueEFFICIENCY à boîte de vitesses mécanique rejette env. 135 grammes de CO2 par kilomètre.
Les coûts de carburant sont plus faibles que pour un moteur essence comparable.

Vue d'ensemble du système de moteur bicarburation:

B 170 NGT BlueEFFICIENCY

Diagramme de puissance
En cas de fonctionnement à l'essence ou au gaz naturel:

Gaz naturel

Le gaz naturel également appelé GNC (gaz naturel comprimé) est une énergie primaire pouvant être employée en carburant sans autre traitement chimique.
Le gaz naturel est stocké dans des réservoirs de gaz en matière plastique composite à une pression nominale pouvant atteindre 200 bar. Le remplissage des réservoirs de gaz se fait par un raccord de remplissage, placé à côté de la tubulure de remplissage du réservoir, derrière la trappe de réservoir.
Selon son pouvoir calorifique, on distingue deux types de gaz naturel : le gaz H (H=high) à proportion de méthane élevée (89 – 98 %) et le gaz L (L=low) à faible proportion de méthane (env. 85 %) :

• Le pouvoir calorifique du gaz H est supérieur à 11 kWh/m3
• Le pouvoir calorifique du gaz L est d'env. 9,5 kWh/m3

Les différents pouvoirs calorifiques se traduisent, sur un véhicule fonctionnant au gaz H, par une augmentation de l'autonomie allant jusqu'à 20 pour-cent par rapport au gaz L.

• Le gaz naturel est indiqué en kilogrammes. Un kilogramme de gaz naturel correspond au pouvoir calorifique d'env. 1,5 l d'essence.
• Du fait du prix plus bas du gaz naturel, il en résulte un avantage économique par rapport à l'essence et au gazole.

Quelques programmes privés d'incitation lancés par l'industrie du gaz ainsi que des programmes publics de promotion encouragent à l'achat d'un véhicule à propulsion au gaz naturel.
Le gaz naturel ne doit pas être assimilé au gaz liquéfié.
En effet, le gaz liquéfié GPL (gaz de pétrole liquéfié) est un produit issu du raffinage du pétrole. Obtenu lors de la distillation du pétrole brut, le GPL est, à l'opposé du GNC, plus lourd que l'air, stagne au sol et est plus inflammable. Le gaz liquéfié GPL ne doit pas être utilisé sur le modèle B 170 NGT BlueEFFICIENCY

Composants du moteur au gaz naturel

Le moteur 266.960 et le système de carburant ont été étendus aux composants suivants :

• Calculateur CNG
• Raccord de remplissage pour le gaz naturel, logé derrière la trappe à carburant
• 5 réservoirs de gaz, logés dans le dessous de caisse, avec respectivement une valve d'arrêt du réservoir à gaz
• Ensemble régulateur de pression du gaz avec valve d'arrêt de sécurité du gaz et capteur haute pression du gaz, réduisant la haute pression du système d'env. 200 bar à la basse pression du système d'env. 6,5 bar
• Valve d'arrêt du gaz basse pression logée dans la conduite de gaz allant au tube répartiteur du gaz
• Tube répartiteur du gaz avec respectivement un injecteur à gaz par cylindre
• Capteur basse pression de gaz
• Capteur de température du gaz

Remarque

Seuls des techniciens agréés sont autorisés à intervenir pour les travaux sur le système d'alimentation en gaz.
Après chaque réparation, chaque remplacement de composants ou en cas d'accidents ayant des répercussions sur le système d'alimentation en gaz, il faut effectuer un contrôle du système d'alimentation en gaz (GAP).
Un GAP est nécessaire tous les deux ans et est effectué parallèlement au contrôle technique (HU). À cette date, un GAP hors planning ne doit pas avoir été effectué plus de 12 mois auparavant, sinon le GAP doit être alors refait parallèlement au contrôle technique.
Le contrôle du système d'alimentation en gaz doit être réalisé uniquement par un expert ayant acquis les qualifications requises.

Fonctionnement

Les signaux de commande des injecteurs de carburant sont transmis par le calculateur ME via des câbles directs au calculateur GNC. Celui-ci commande directement les injecteurs de carburant ou les injecteurs de gaz.
Le calculateur ME calcule individuellement le moment d'ouverture et la durée d'ouverture des injecteurs pour chaque injecteur de carburant et chaque injecteur de gaz.
Entre le calculateur ME et le calculateur GNC, un échange de données se produit en permanence via le CAN du capteur d'entraînement (CAN I).
Après chaque plein de gaz détecté, la qualité du gaz mis dans le réservoir est déterminée par l'adaptation du mélange. L'autonomie possible dépend fortement de la qualité du gaz.
Le calculateur GNC détecte qu'un plein de gaz a eu lieu en raison de la différence de pression (avant et après le ravitaillement).
Au démarrage du moteur, il y a une brève commutation sur le fonctionnement à l'essence, même si le fonctionnement au gaz est préréglé. Le fonctionnement à l'essence est maintenu en fonction des paramètres d'influences tels que la température de fonctionnement du moteur, jusqu'à ce que la température de service soit atteinte. Cet état de fonctionnement peut durer de quelques secondes jusqu'à plusieurs minutes.
Si la température dans le distributeur de gaz reste durablement inférieure à -15 °C en cas de températures extérieures extrêmement basses, il n'y a pas de commutation sur le fonctionnement au gaz.

Remarque

Toujours veiller à ce que la réserve d'essence soit suffisante afin de permettre le démarrage du véhicule.

Coupure de sécurité

Une coupure de sécurité peut être déclenchée par un défaut système ou un signal de collision.
Un défaut dans le système au gaz naturel peut entraîner une coupure du système pour des raisons de sécurité. La réactivation est uniquement possible par l'effacement du défaut via le DAS.
Le système d'alimentation en gaz naturel ou d'injection d'essence est coupé par un signal de collision. Au démarrage suivant du moteur, le système d'injection essence est de nouveau disponible si les conditions de fonctionnement nécessaires peuvent être remplies.
Une réactivation du système d'alimentation en gaz naturel après un signal de collision est uniquement possible via le DAS.

Changement de mode de propulsion

Le conducteur peut régler le mode de fonctionnement souhaité, essence ou gaz naturel, à l'aide du volant multifonction à l'affichage multifonction du combiné d'instruments.
Il est toujours possible de changer de mode de fonctionnement s'il y a suffisamment de carburant ou de gaz.

Synoptique système d'injecteur GNC sur le modèle B 170 NGT BlueEFFICIENCY:

B18/1 Capteur haute pression de gaz
B18/2 Capteur basse pression de gaz
B50/3 Capteur de température de gaz
K100kG Relais borne 15 (1)
K100kL Relais borne 87 moteur
N3/10 Calculateur ME
N118/2 Calculateur CNG
Y62y1 Injecteur 1e cylindre
Y62y2 Injecteur 2e cylindre
Y62y3 Injecteur 3e cylindre
Y62y4 Injecteur 4e cylindre
Y106/1 Injecteur de gaz cylindre 1
Y106/2 Injecteur de gaz cylindre 2
Y106/3 Injecteur de gaz cylindre 3
Y106/4 Injecteur de gaz cylindre 4
Y107/1y1 Valve d'arrêt réservoir à gaz 1
Y107/1y2 Valve d'arrêt réservoir à gaz 2
Y107/1y3 Valve d'arrêt réservoir à gaz 3
Y107/1y4 Valve d'arrêt réservoir à gaz 4
Y107/1y5 Valve d'arrêt réservoir à gaz 5
Y107/2 Valve d'arrêt de gaz de sécurité
Y107/3 Valve d'arrêt du gaz basse pression
CAN I CAN capteur d'entraînement

Système d'alimentation en gaz naturel

En plus du réservoir de carburant conventionnel, le véhicule est équipé de cinq réservoirs de gaz réalisés en matière plastique composite. Deux d'entre eux se trouvent au plancher du véhicule, sous le siège passager et les trois autres sont disposés sous le plancher, dans la partie arrière du véhicule.

Les cinq réservoirs de gaz ont un volume total de 100 l en cas de remplissage au gaz H. Ceci correspond à une capacité d'env. 16 kg de gaz H à une pression de 200 bar et une température du gaz de 15 °C.
Le montage des réservoirs de gaz dans le soubassement permet de conserver une variabilité et une exploitation de l'espace quasiment intacte. Seul le niveau inférieur du plancher de chargement réglable a été supprimé.

Réservoir de gaz arrière:

1 Réservoir de gaz 1
2 Réservoir de gaz 2
3 Réservoir de gaz 3
6 Raccord de remplissage de gaz avec valve anti-retour
7 Conduite de remplissage de gaz
8 Pièce en T avec valve anti-retour
Y107/1y1 Valve d'arrêt réservoir à gaz 1
Y107/1y2 Valve d'arrêt réservoir à gaz 2
Y107/1y3 Valve d'arrêt réservoir à gaz 3

Les réservoirs de gaz doivent être remplacées au plus tard au bout de 20 ans. Le système de propulsion au gaz est contrôlé dans le cadre du contrôle du système d'alimentation en gaz (GAP) à intervalles réguliers avec le contrôle technique (HU) (par ex. contrôle visuel des réservoirs, contrôle de fuite des conduites de gaz).
La pression nominale des réservoirs de gaz est de 200 bar. Chacun des réservoirs de gaz est testé sous une pression d'essai de 300 bar et est conçu pour résister à une pression d'éclatement de plus de 600 bar.

Les réservoirs de gaz sont logés dans des supports résistants. Le réservoir de carburant de série, d'un volume de 54 l d'essence, reste complètement inchangé.
Un fusible thermique et un limiteur de débit peuvent empêcher l'explosion d'un réservoir de gaz en cas de situation extrême. Chaque réservoir de gaz peut être de plus verrouillé mécaniquement à la main via un robinet d'arrêt manuel.

Réservoir de gaz avant:

4 Réservoir de gaz 4
5 Réservoir de gaz 5
Y107/1y4 Valve d'arrêt réservoir à gaz 4
Y107/1y5 Valve d'arrêt réservoir à gaz 5

Raccord de remplissage

Le raccord de remplissage avec valve anti-retour intégrée, logé derrière la trappe de réservoir, assure la liaison entre le raccord de la station-service à gaz et les réservoirs de gaz.
Le ravitaillement du véhicule, c'est-à-dire le remplissage des réservoirs de gaz, prend entre 40 s et 5 min, selon la station-service et le remplissage résiduel.
Un remplissage rapide s'accompagne d'un échauffement du gaz dans les réservoirs. C'est la raison pour laquelle les stations-service à gaz modernes sont équipées d'une compensation de température, en fonction notamment de la température extérieure et de la quantité de remplissage.
Lors du remplissage, on entend un bruit au registre inhabituel, perceptible dans la zone environnante.
Il est lié au système et causé par la vitesse élevée d'écoulement du gaz.
La pression de remplissage maximale possible du réservoir, et par conséquent l'autonomie, dépendent fortement des performances de l'équipement de la station-service à gaz. Un filtre situé dans le raccord de remplissage retient les particules (> 40 μm) contenues dans le gaz, afin de réduire l'encrassement du système de réservoir.
La conduite de remplissage du gaz constitue la liaison entre le raccord de remplissage et le raccord en T avec valve anti-retour.
Les réservoirs de gaz sont reliés les uns aux autres par des conduites de gaz.
Une conduite de gaz supplémentaire alimente le système de formation du mélange en gaz naturel.

Entrée de réservoir:

1 Raccord de remplissage de gaz
2 Tubulure de remplissage du réservoir (essence)

Sécurité du véhicule dans le modèle B 170 NGT BlueEFFICIENCY

Le modèle B 170 NGT à moteur bicarburation peut fonctionner au choix avec de l'essence sans plomb 95 ou du gaz naturel. Le modèle a subi et réussi tous les tests de collision et les contrôles de résistance en service importants.
Les réservoirs de gaz (matière plastique composite) ont été testés à une pression d'essai de 300 bar. La pression d'éclatement se situe à environ 600 bar.
Chacun des cinq réservoirs de gaz est équipé d'un système de valve et robinet de sécurité. Quand le véhicule est à l'arrêt, fonctionne à l'essence et en fonction des forces prédéfinies s'exerçant sur le véhicule en cas d'accident, les réservoirs sont automatiquement verrouillés par une valve d'arrêt électromagnétique.
Les valves de sécurité activées thermiquement avec un fusible thermique, les disques de rupture ainsi que les limiteurs de débit peuvent éviter l'éclatement des réservoir de gaz.
Pour les travaux de maintenance, chaque réservoir de gaz dispose d'une possibilité de verrouillage manuel via un robinet d'arrêt à main.

Réservoir de gaz avec système de valve et robinet de sécurité:

1 Système de valve et robinet de sécurité réservoir de gaz
2 Valve d'arrêt électromagnétique
3 Valve de sécurité activée thermiquement
4 Robinet d'arrêt à main
5 Limiteur de débit
6 Plaque de rupture
7 Réservoir de gaz

Tubulure d'admission variable avec répartiteur de gaz et ensemble régulateur de pression

Les composants suivants sont fixés au tube de répartition du gaz de la tubulure d'admission variable :

• Capteur basse pression de gaz
• Capteur de température du gaz
• Injecteurs de gaz

Les composants suivants se trouvent sur l'ensemble régulateur de pression :

• Capteur haute pression de gaz
• Valve d'arrêt de gaz de sécurité
• Valve d'arrêt du gaz basse pression (composant séparé monté sur le même support que l'ensemble régulateur de pression)

Vue de la tubulure d'admission variable de l'arrière:

1 Ensemble régulateur de pression
2 Tube répartiteur du gaz
3 Tubulure d'admission variable
B18/1 Capteur haute pression de gaz
B18/2 Capteur basse pression de gaz
B50/3 Capteur de température de gaz
Y106/1 Injecteur de gaz cylindre 1
Y106/2 Injecteur de gaz cylindre 2
Y106/3 Injecteur de gaz cylindre 3
Y106/4 Injecteur de gaz cylindre 4
Y107/2 Valve d'arrêt de gaz de sécurité
Y107/3 Valve d'arrêt du gaz basse pression

Composants sur le tube répartiteur du gaz

Capteur de température du gaz

Le capteur de température du gaz détecte la température du gaz dans le tube répartiteur du gaz et la signale au calculateur GNC, afin de doser correctement la quantité injectée.
La résistance électrique de l'élément NTC incorporé au capteur de température du carburant varie en fonction de la température du gaz. La variation de tension du signal qui en résulte est analysée par le calculateur GNC.

Capteur basse pression du gaz

Le capteur basse pression du gaz détecte la pression d'alimentation dans le système basse pression. Il envoie son signal au calculateur GNC pour le contrôle de la pression du gaz actuelle du côté basse pression.
La plage de mesure de pression du capteur basse pression du gaz se situe entre 0 et 10 bar.
Les pressions en dehors de cette plage sont détectées en tant qu'erreur par le calculateur GNC, qui bloque ensuite le fonctionnement au gaz.

Injecteur de gaz

En cas d'alimentation en courant de l'enroulement magnétique par le calculateur GNC, la douille d'induit à joint souple est soulevée du siège de valve contre le ressort hélicoïdal. Le gaz sort par les quatre ouvertures en forme de fente du siège de valve.
La durée de la commande est déterminée par la quantité de gaz requise. Le calcul de la durée de commande est effectué dans le calculateur ME.

Injecteur de gaz:

1 Bobine
2 Ressort
3 Induit magnétique
4 Siège de valve
5 Capuchon diffuseur du siège de valve

L'ensemble régulateur de pression

L'ensemble régulateur de pression a pour rôle de réduire la haute pression régnant dans les réservoirs de gaz de 200 bar à la pression d'alimentation de 6,5 bar requise côté admission du moteur.

Soupape de sûreté

En cas de dysfonctionnement dans l'ensemble régulateur de pression, la valve de surpression est ouverte à partir d'une pression de 16 bar et le gaz naturel est ainsi acheminé à l'air libre.
En cas de réaction de la valve de surpression, un défaut est détecté dans le calculateur GNC et la valve d'arrêt de sécurité du gaz est fermée.

Chauffage de l'ensemble régulateur de pression

Étant donné que la réduction de la pression de réservoir jusqu'à une valeur de 6,5 bar s'accompagne d'un refroidissement du gaz, l'ensemble régulateur de pression de gaz est doté d'une plaque chauffante, reliée au circuit de chauffage. Ce dispositif prévient un givrage de l'ensemble régulateur de pression.

Capteur haute pression

Le capteur haute pression de gaz est vissé dans l'ensemble régulateur de pression. Il détecte la pression absolue dans le réservoir de gaz dans la plage de 0 à 260 bar et envoie un signal électrique proportionnel au calculateur GNC. La pression dans le réservoir de gaz est affichée sur le combiné d'instruments en tant que niveau de réservoir.

Valve d'arrêt de gaz de sécurité

La valve d'arrêt de sécurité du gaz sépare le circuit haute pression du circuit basse pression de gaz.
La valve d'arrêt de sécurité de gaz est commandée par le calculateur GNC. Pendant l'opération, le canal dans le régulateur de pression de gaz entre le circuit haute pression et le circuit basse pression du gaz est ouvert.
Si le calculateur GNC détecte un défaut du système ou reçoit un signal de collision, la valve d'arrêt de sécurité du gaz est fermée.
À l'état de repos (non alimentée), la valve d'arrêt de sécurité du gaz est fermée par un ressort intégré.

Description de l'ensemble régulateur de pression:

1 Ensemble régulateur de pression
1a Valve de surpression
B18/1 Capteur haute pression de gaz
Y107/2 Valve d'arrêt de gaz de sécurité
A Entrée de gaz haute pression
B Sortie de gaz basse pression
C Raccords du circuit de chauffage

Affichage à l'affichage multifonction (A1p13) du combiné d'instruments

Pré-sélection/modification du mode de propulsion

Le conducteur peut passer d'un mode de propulsion à l'autre, à l'intérieur du menu "mode de propulsion du véhicule" à l'aide du groupe de contacteurs situé sur le volant multifonction, à gauche et à droite. Il peut choisir entre le mode de propulsion au gaz naturel et à l'essence.
Si le mode de propulsion au gaz naturel est activé, le pictogramme d'un réservoir de gaz apparaît à l'affichage multifonction. Le changement n'intervient que si toutes les conditions de fonctionnement sont remplies. Il est signalé par l'affichage GNC dans le compte-tours.

Niveau de remplissage des réservoirs de gaz

À l'aide du groupe de contacteurs du volant multifonction à gauche et à droite, le conducteur peut faire afficher la quantité de gaz encore disponible.

Messages d'alerte et de défaut à l'affichage multifonction (A1p13) du combiné d'instruments

Avertissement concernant le fonctionnement à l'essence

Ce message d'avertissement apparaît quand le conducteur souhaiterait passer du mode de propulsion au gaz naturel (pictogramme de réservoir de gaz) au mode de propulsion à l'essence, mais que le niveau de carburant est insuffisant pour un fonctionnement à l'essence.

Message de défaut sur le fonctionnement à l'essence

L'affichage de ce message de défaut apparaît en cas de défaut système empêchant le fonctionnement à l'essence.

Avertissement sur le fonctionnement au gaz naturel

Ce message d'avertissement apparaît quand le conducteur souhaiterait passer du mode de propulsion à l'essence au mode de propulsion au gaz naturel, mais que le niveau de carburant est insuffisant pour un fonctionnement au gaz naturel.

Message de défaut relatif au fonctionnement au gaz naturel

L'affichage de ce message de défaut apparaît en cas de défaut système empêchant le fonctionnement au gaz naturel.