UNE VRAIE CHANCE

LA DERNIÈRE INNOVATION DU SERVICE DÉVELOPPEMENT MAHLE : UN FILTRE À AIR NOVATEUR EN FER À CHEVAL
Espace de montage réduit et exigences accrues de protection des piétons : ce ne sont là que deux exemples des contraintes diverses figurant dans le long cahier des charges du nouveau moteur Mercedes-Benz OM 651. Ce diesel 4 cylindres, doté dans les versions les plus performantes de 2 turbocompresseurs, est actuellement monté sur la Classe C (W204, modèles 200 CDI, 220 CDI et 250 CDI), la Classe E (W212, modèles 220 CDI et 250 CDI) et le GLK (170 et 204 chevaux).

Le défi, pour les ingénieurs de MAHLE, consistait à mettre au point un filtre à air qui tienne compte de l’espace extrêmement limité au sein du compartiment moteur par la présence des nombreux groupes et qui respecte par ailleurs les directives relatives à la protection des piétons.

EN QUOI CONSISTE LA PROTECTION DES PIÉTONS ?
Les exigences relatives à la protection des piétons sont tirées des prescriptions du programme européen d’évaluation des nouvelles voitures Euro-NCAP (European New Car Assessment Program) mené indépendamment des constructeurs. Cette association de ministères européens des transports, d’automobiles clubs et de compagnies d’assurances a mis au point le crash test NCAP en trois parties : protection des occupants adultes, protection des enfants assis sur la banquette arrière et protection des piétons.

En Europe, les nouveaux véhicules qui sortent des usines doivent observer depuis 2005 des valeurs limites données pour assurer la protection des piétons en cas de collisions. Cela oblige le constructeur à prendre différentes mesures, notamment en concevant des éléments moins rigides à l’avant des véhicules. Le facteur de choc piéton d’un véhicule est évalué par le NCAP selon un système de 0 à 4 étoiles.

QU’EST-CE QUE CELA SIGNIFIE POUR LES CONSTRUCTEURS DE FILTRES À AIR ?
Pour offrir la sécurité piétons requise, le nouveau moteur OM 651 se devait de respecter un écart minimal entre le capot-moteur et le point le plus haut du carter du filtre à air. Les impératifs de disposition de la commande moteur sur le carter du filtre à air ont encore compliqué la tâche des développeurs, le carter se devant d’être très plat et capable de supporter le poids de l’appareil de commande moteur. Le comportement acoustique du filtre à air représentait un autre critère important à respecter.

Concrètement, les constructeurs du filtre à air devaient donc composer avec les consignes suivantes :

• Hauteur de construction aussi réduite que possible
• Surface filtrante nécessaire pour répondre aux exigences d’absorption des impuretés
• Échappement d’air pur et admission d’air brut en parallèle sur un côté pour satisfaire aux spécifications du client (et non l’un en face de l’autre, comme c’est le cas habituellement)
• Grande autostabilité et résistance statique
• Solidité et rigidité maximales pour résister aux sollicitations thermiques et mécaniques élevées en cours d’utilisation
• Diminution du rayonnement sonore pour répondre aux attentes du client en matière d’acoustique et respecter les normes d’émissions sonores
• Grande longévité

NI ROND NI PLAT, MAIS EN FER À CHEVAL
Les formes habituellement utilisées dans le domaine des filtres à air, avec des éléments filtrants ronds ou en plaques, ne permettaient pas de respecter les exigences définies dans le cahier des charges. La solution passait donc par un principe de construction entièrement nouveau : un filtre en fer à cheval réunissant toutes les caractéristiques requises.

COMPACT ET RÉSISTANT
La géométrie intelligente du système de guidage de l’air, alliée à une utilisation optimale de l’espace de montage disponible et à un bon nervurage sur le carter, garantit une grande autostabilité et résistance en dépit d’une hauteur de construction réduite. Afin de disposer d’une grande surface filtrante même avec des dimensions extérieures minimales, il a fallu avoir recours à une géométrie de plis en forme de fer à cheval.

LONGÉVITÉ
Pour garantir une longue durée de vie, l’élément filtrant a été développé de manière à bien répartir la sollicitation à l’usage grâce à un guidage spécial de l’air dans le carter du filtre. L’équipe des ingénieurs en développement de MAHLE a élaboré des modèles de calcul théoriques afin de contrôler le bienfondé du modèle de filtre à un stade précoce du travail de conception.

FAIBLE NIVEAU SONORE
Un montant transversal (tirant) a été placé au centre du filtre à air pour diminuer le rayonnement sonore.

HAUTE TECHNOLOGIE AU NIVEAU DE LA FABRICATION
Les projets au design novateur nécessitent souvent des innovations au niveau de la fabrication. Le nouveau filtre à air en fer à cheval a mis à rude épreuve le savoir-faire des experts en filtration MAHLE.

L’élément en papier est par exemple plastifié. La plaque porteuse en plastique est réchauffée jusqu’à atteindre un état « pâteux » pour pouvoir enfoncer dedans l’élément en papier ; une fois le plastique rigidifié, on obtient ainsi une liaison mécanique fixe et étanche à l’air. Le plastique doit résister à cette pression sans se déformer. Les piècesmoulées par injection doivent être bien planes pour pouvoir enfoncer de manière sûre l’élément en papier dans la plaque couvrante supérieure et inférieure de l’élément filtrant en polypropylène. De nouvelles méthodes de production ont dû être mises au point pour coller l’élément en papier sur la plaque support du débitmètre massique d’air. Ces méthodes, qui ont fait l’objet d’une demande de brevet, sont aujourd’hui utilisées en exclusivité par MAHLE.

Afin que la liaison entre le débitmètre massique d’air et l’alésage de fixation reste étanche à vie, les tolérances à observer sont très étroites. La visco-élasticité du plastique durant le moulage par injection et la cristallisation consécutive ont fait l’objet de calculs poussés lors de la phase de développement. Ce travail a servi de base à la fabrication d’outils en série qui garantissent aujourd’hui une production sûre et homogène.

UN MODÈLE DE PROPRETÉ ET DE PURETÉ
Les poussières les plus infimes ayant pénétré dans le module du filtre lors de la fabrication peuvent entraîner des dysfonctionnements du moteur lorsque le véhicule est en marche et qu’elles se retrouvent aspirées. Le cahier des charges pose donc des exigences très strictes pour ce qui est de la propreté du module de filtre et de l’absence de résidus. Le filtre doit satisfaire à des consignes de pureté extrêmes afin de protéger les turbocompresseurs et le système à injection aux tolérances très faibles avec ses ouvertures d’injecteurs minimales. Pour cela, chaque élément filtrant est fabriqué dans des conditions de salle blanche et nettoyé selon une procédure spécialement développée à cet effet à l’aide de dispositifs d’aspiration spéciaux.

FACILITÉ DE MAINTENANCE ET SÛRETÉ AU MONTAGE
Pour remplacer l’élément de filtre à air, il suffit de le dégager du débitmètre massique d’air, puis d’insérer le nouvel élément. Une couche glissante spéciale sur le joint torique garantit un montage et un démontage aisés.

La simulation CAE (Computer Aided Engineering) de répartition de la pression Delta P illustre la perte de pression de l’air entre l’admission (rouge) et la sortie de l’air épuré (bleu). Il est important que la pression générée sur la face extérieure (avant l’entrée dans l’élément filtrant) soit homogène pour exploiter au mieux la capacité filtrante.