HISTORIQUE : LE 6 CYLINDRES EN LIGNE BMW (2/2)
Après avoir imposé son 6 cylindres dans tous les domaines, y compris en compétition (voir première partie de notre dossier L6), BMW s'est forgé une image sportive indélébile liée à cette architecture. Ensorcelé par le département Motorsport, le L6 ne craint plus la concurrence des puissants V6, suralimentés ou non, qui fleurissent chez les autres constructeurs...
Texte : Sébastien DUPUIS - Photos : D.R.
Malgré l'apogée qu'a pu représenter la M1 et le programme compétition, la crise pétrolière du début des années 70 va imposer à BMW de revenir à des projets plus terre à terre. L'objectif est de vendre désormais plus de véhicules en tirant profit des modèles qui se sont chargés de faire la promotion du 6 en ligne maison aux quatre coins de la planète. Maintenant, il est temps de rendre accessible au plus grand nombre ces fabuleuses mécaniques !
M60/M20 : 6 CYLINDRES POUR TOUS
Après l'avoir réservé pendant plusieurs décennies à ses modèles haut de gamme, en 1975 BMW change d'orientation et souhaite démocratiser le "plaisir de conduire" lié à ses fameux 6 cylindres. En introduisant la nouvelle génération de six cylindres M60 - rebaptisé plus tard M20 - sur la nouvelle série 3 (320i et 323i e21), et donc dans la "petite classe" puisqu'elle remplace les BMW "02" (e10), BMW permet au plus grand nombre d'accéder au "plaisir de conduire" vanté par les publicités.
110 millions de marks, c'est l'investissement colossal que BMW avait consacré à cette nouvelle génération de six cylindres, avec pour objectif de les fabriquer en un nombre d'heures inférieur à celui requis pour les anciens quatre cylindres. Ce moteur compact dont les cylindres présentent un entraxe relativement petit, a constitué la base évolutive de nombreuses variantes. Avec des cylindrées allant de 1990 cm3 à 2693 cm3, ce petit frère du L6 M30 sera produit pendant près de 20 ans au gré de nombreuses évolutions relativement mineures.
Le M20B20 est la première déclinaison, avec un alésage est de 80 mm et une course de 66 mm. Pour la première fois, la distribution du 6 cylindres en ligne n'est pas assurée par chaîne mais par courroie crantée. Pour la première fois aussi, son vilebrequin n'était pas matricé, mais coulé. Pour obtenir une chambre de combustion compacte, les soupapes culbutées formaient un angle en V de 22° seulement par rapport à la verticale, au lieu de 25° auparavant. Le M20B20 est introduit dans la série 5 (520 E12) avec un carburateur Solex (120 ch à 6000 tr/mn et 160 N·m à 4000 tr/mn avec ) et perdurera sur les deux générations suivantes, e28 et e34. Il sera également monté dans la série 3 e21 et e30. En 1982 il est le premier à recevoir l'injection Bosch L-Jetronic dans la 520i e28, puis LE-Jetronic et enfin Motronic en version catalysée.
Pour la 323i E21, une deuxième déclinaison du M20 est proposée avec une cylindrée augmentée à 2316 cm3 par allongement de la course à 76,8 mm. Sa puissance de 143 ch à 5300 tr/mn et son couple 205 Nm à 4500 tr/mn avec l'injection K-Jetronic le faisait véritablement entrer dans la cour des sportives. Il sera ensuite poussé à 150 ch (à 6000 tr/mn) sous le capot de 323i e30 avant son remplacement par le M20B25.
Le M20B25 fait son apparition dans la 325i e30 avec une cylindrée augmentée à 2494 cm3. L'alésage a été modifié à 84 mm et la course est réduite à 75 mm afin de lui donner un caractère plus rageur. Sa puissance est initialement de 170 ch à 5800 tr/mn pour un couple maxi de 222 Nm à 4300 tr/mn sans catalyseur. Le taux de compression est de 9.7:1 avec l'injection Bosch Motronic 1.1. En 1988 il trouve son plus bel écrin sous la carrosserie du roadster Z1.
Dernière évolution du bloc M20, le 2693 cm3 (M20B27) produit entre 1982 et 1988 n'a pas été diffusée sur tous les marchés. Il s'agit d'une version "eco" du L6 conçue pour optimiser la consommation des 325e et 525e. La course a été allongée à 81 mm au profit du couple à bas régime mais la puisssance brute est bridée par l'injection Motronic à 122 ch... à 4250 tr/mn. Autant dire que le M20B27 présente un caractère quasi-diesélique, la sonorité feutrée du L6 en plus. Heureusement, Alpina se chargera d'ensorceler ce bloc dans les C2 2.7 et B3 (200 à 210 ch) comme bien d'autres avant lui !
DU L6 AU V12 !
Le V12 type M70 apparu sur les BMW 750i/750iL (E32) et 850i doit beaucoup au 6 cylindres M20B25. Assemblés pour former un angle de 60°, deux blocs du 6 cylindres en ligne donnèrent en effet naissance au premier V12 de la marque en 1987. D'une cylindrée de 4988 cm3, il conservait les cotes de course et d'alésage du 6 cylindres (84 × 75 mm) mais s'en différenciait sur de nombreux points techniques. Au final, les deux moteurs ne partagent qu'une infime quantité de pièces. Très en avance pour l'époque, le V12 utilisait deux calculateurs d'injection Motronic (un par banc de cylindres), un débitmètre de type MAF (au lieu de AFM) et un papillon électronique au lieu du système à cable du M20. On peut noter également parmi les principales différences techniques l'utilisation de poussoirs de soupapes à rattrappage de jeu hydraulique qui ne seront adoptés sur les 6 cylindres qu'à partir du M50.
VARIANTES - UTILISATIONS L6 M60/M20
M20B20 (129ch/174Nm) - E30: 320i - E34: 520i
M20B23 (2316cm3/143ch/139ch/205Nm) (139ch)- E21: 323i
M20B23 (150ch/205Nm) - E30: 323i
M20B25 (2494cm3/170ch/222Nm) - E30: 325i, 325is, 325ix, Z1 - E34: 525i
M20B25 (190ch/235Nm) - E30: C1, C2
M20B27 (2693cm3/122ch/230Nm), M20B27(125ch/240Nm) - E28: 525e, 528e
M20B27 (129ch/230Nm) - E30: 325e
M50, M52, M54 : L'ERE MODERNE
En 1989, la 520i e34 inaugure une nouvelle génération de 6 cylindres avec le premier maillon de la gamme des moteurs M50. Cette génération de L6 connaitra une évolution technique sur une quinzaine d'années, imposée notamment par l'accélération de l'évolution des normes de pollution.
Décliné en trois cylindrées - 1991 cm3 (alésage de 80mm et course de 66mm), 2394 cm3 (alésage de 84mm et course de 72mm) de 188 ch (réservé au marché Thailandais) et 2494 cm3 (alésage de 84mm et course de 75mm) - le L6 M50 conserve un bloc en fonte et une culasse en alliage mais présente de nombreuses évolutions techniques par rapport au M20. On citera notamment la culasse à quatre soupapes par cylindre, les poussoirs avec rattrapage hydraulique du jeu des soupapes et un système d'admission en matière plastique qui constitua une première mondiale avec son procédé de moulage dit "à noyaux perdus". Autre nouveauté inédite sur le L6, l'allumage à "distribution statique" faisant appel à une bobine individuelle pour chaque cylindre comme sur le V12 M70. Enfin, le M50 fait de nouveau appel à une chaîne de distribution. Sur le graphique ci-contre, on peut mesurer le gain entre le M50B25 (192 ch) et le M20B25 (170 ch).
Dès 1992, le M50 connaît l'une des ses principales évolutions avec l'arrivée du système VANOS (voir encadré plus bas) sur le M50TUB20 et M50TUB25 (TU=Technically Updated). Le premier effet du Vanos sur le M50 fût d'augmenter le couple à bas régime et d'abaisser le pic de 500 tr/mn, à 4200 tr/mn.
En 1994, le M52 se substitue au M50 avec pour principale nouveauté un bloc moteur moulé en aluminium avec des cylindres traités au Nikasil. Réduisant ainsi son poids de moitié, le M52 reçoit également des bielles longues, des pistons allégés, des tiges de soupapes plus minces et des ressorts de soupapes simples. Avant d'être monté dans la culasse, chaque arbre à cames passait sur la table de mesure pour être équilibré afin de tourner sans bruit ni vibrations. Les masses d'équilibrage furent disposées avec tant d'habileté que le poids de l'arbre à cames restait inchangé.
Tout d'abord, la puissance du 2.5 se voit bridée à 170 ch sur le M52B25 des 323i/323ti E36 et 523i E39. Un choix qui s'explique par un nouveau collecteur d'admission favorisant le couple à bas régime plutôt que la puissance à haut régime. Et puis parallèlement, une nouvelle cylindrée de 2793 cm3 (M52B28) fait son arrivée sur les 328i E36, 528i E39 et 728i/728iL (ainsi que le Land Rover Defender en Afrique du Sud !). Avec un alésage et une course identiques (84 mm) et un taux de compression de 10.2:1, il délivre 193 ch dès 5300 tr/mn et un couple de 280 Nm à 3500 tr/mn. Comme sur le 2.5, son collecteur d'admission est conçu pour favoriser le couple et non la puissance. En 1997, peu après l'arrivée du Z3 2.8, la puissance descend légèrement à 192 ch et le couple à 275 Nm afin de réduire encore sa consommation et sa pollution notamment pour les USA.
NIKASIL
Ce procédé, développé par Mahle en 1967 pour les moteurs rotatifs NSU et Mercedes (C111), consiste à couvrir par cataphorèse (ou électrodéposition) sur les cylindres et pistons une couche protectrice à base de Nickel et de carbure de silicium, une céramique ultra résistante découverte accidentellement pour synthétiser du diamant. Le Nikasil est donc un alliage d'une extrême robustesse dont le principal effet est d'augmenter la longévité de la surface traitée par réduction des frottements. Par conséquent, l'autre gros avantage du traitement Nikasil est que l'on peut ainsi se passer de chemises en acier sur le bloc, réduisant ainsi son poids. L'aluminium étant un meilleur conducteur de chaleur que l'acier, le gain mécanique offert par le traitement Nikasil est immédiat : moins de consommation et plus de puissance. Les premières applications automobiles seront faites en compétition par Porsche dès 1970 sur ses 917 et 3 ans plus tard en série, sur la 911 RS 2.7L. Mais sur certains marchés où l'essence était très sulfurée, notamment aux USA durant les années 90, BMW fût confronté comme d'autres constructeurs (Audi, Ferrari et Jaguar notamment) à des cas d'usure prématurée des cylindres à cause de l'effet corrosif du soufre sur ce matériau. Par conséquent, sur les marchés d'Amérique du Nord, le M52 aluminium fût en rapidement remplacé par le M50TU qui gardait son bloc en acier. Sur le M52B28 (Z3, 328i), la solution trouvée sera d'ajouter des chemises en acier au bloc en aluminium.
En mars 1998, le M52TU remplace à son tour le M52 progressivement avec la nouvelle berline série 3 e46. Les objectifs de cette évolution sont une nouvelle fois de réduire la consommation et les émissions polluantes, notamment pour répondre à la norme LEV aux USA. La gestion électronique Siemens MS42.0 a été développée en fonction des modifications mécaniques comprenant notamment le nouveau système de calage variable en continu des arbres à cames Double Vanos. Par rapport au simple Vanos, le système Double Vanos, initialement apparu sur le moteur S50B32 de la BMW M3 3.2 (voir encadré plus bas) agit de façon continue à l'admission et à l'échappement. Parmis les autres modifications techniques, on note la généralisation des chemises en acier au lieu du traitement Nikasil, un système d'admission à résonance pour augmenter encore le couple aux bas régimes, un vilebrequin allégé et des pistons redessinés, une pompe à huile avec régulateur de pression, un circuit de refroidissement redessiné entièrement pour augmenter la température de combustion, notamment à froid, avec contrôle électronique du thermostat, un papillon des gaz électronique et des pré-catalyseurs intégrés au collecteur d'échappement.
Le M52 est une nouvelle fois retravaillé en juin 2000. En plus d'un gain de puissance et de couple sur toutes les versions, le respect anticipé des valeurs limites stipulées par les normes antipollution D4 et ULEV comptait parmi les principaux objectifs fixés aux ingénieurs d'étude. Appelé désormais M54, ce L6 reste pourtant très proche des évolutions déjà vues sur le M52TU, en y ajoutant cependant un accélérateur électronique. Il inaugure également deux nouvelles cylindrées et une nouvelle gestion moteur MS 43.
En entrée de gamme, le M54B22 (2171 cm3, alésage de 80mm et course de 72mm) remplace les M52B20 et M52B25 avec une puissance de 170 ch.
Tout en haut, le M54B30 (2979 cm3) remplace quant à lui le M52B28 par allongement de la course (89.6 mm) et délivre une puissance de 231 ch et un couple de 300 Nm. Notons qu'il utilise le vilebrequin du S52B32 (voir encadré plus bas) et que sona rbre à cames autorise un peu plus de levée. D'une grande polyvalence, ce nouveau bloc va être adapté à quasiment tous les modèles de la marque, des roadsters Z3 3.0 et Z4 3.0i au gros X5 3.0i et 730i, en passant par la série 3 330i e46.
Enfin, entre ces deux nouvelles versions, le nouveau M54B25 ramène le 2.5 au niveau de puissance initial du M50 avec ses 192 ch à 6000 tr/mn et un couple de 245 Nm.
Avant de conclure ce chapitre, citons également le cas particulier du M56, L6 complètement inconnu dans nos contrées. En effet, il s'agit d'une évolution "spéciale USA" du M54B25 adaptée aux réglementations SULEV en vigueur dans 4 Etats (Californie, New York, Massachusetts, Vermont). Produit entre 2002 et 2005, le M56B25 délivre 184 ch avec un taux d'émissions polluantes 5 fois inférieur à celui des moteurs de la norme ULEV standard.
VARIANTES - UTILISATIONS L6 M50/M52/M54
M50B20 (1991cm3/150ch/190Nm) - E34: 520i - E36: 320i, Z3 2.0
M50B25 (2494cm3/192ch/245Nm) - E34: 525i, 525ix - E36: 325i
M50TUB20 (150ch/190Nm) - E34: 520i - E36: 320i
M50TUB25 (192ch/245Nm) - E34: 525i, 525ix - E36: 325i
M52B20 (150ch/190Nm) - E36: 320i - E39: 520i
M52B25 (170ch/245Nm) - E36: 323i, 323ti, Z3 2.5 - E39: 523i
M52B28 (2793cm3/193ch/280Nm) (192ch/275Nm) - E36: 328i, Z3 2.8 - E38: 728i, 728iL
M52TUB20 (150ch/190Nm) - E46: 320i, 320Ci, 320i
M52TUB25 (170ch/245Nm) - E46: 323i, 323Ci
M52TUB28 (193ch/280Nm) - E39: 528i - E46: 328i, 328Ci, 328i
M54B22 (2171cm3/170ch/210Nm) - E36: Z3 2.2i - E39: 520i - E46: 320i, 320Ci, 320i - E60: 520i - E85: 2.2i
M54B25 (192ch/245Nm) - E36: Z3 2.5i - E39: 525i - E46: 325i, 325Ci, 325ti, 325i, 325xi - E60: 525i - E83: 2.5i - E85: 2.5i
M54B30 (2979cm3/231ch/300Nm) - E36: Z3 3.0i - E39: 530i - E46: 330i, 330Ci, 330i, 330xi - E53: X5 3.0i - E60: 530i, 530xi - E85: 3.0i
S50 & S54 : LA M3 PASSE AU L6 !
Après avoir fait sa renommée sportive avec le bouillant 4 cylindres S14, la M3 change de registre avec la génération E36. La cible peut désormais tout autant du côté des Mercedes AMG que des coupés GT comme la Porsche 968 ou même la 911 type 993. Pour cela, la M3 a ajouté deux cordes à son arc et devient l'emblème de la sportive polyvalente du début des années 90 avec un puissant 6 cylindres.
Sous le capot, le nouveau moteur dénommé S50B30 dans sa première version de 1992 est la version hautes performances du L6 de type M50. Sa cylindrée de 2990 cm3 est spécifique à la M3 e36 avec un alésage de 86 mm et une course de 85.8mm. Revu en profondeur par le département Motorsport de BMW, il est comme tous les M50 composé d'un bloc en fonte et d'une culasse en aluminum à 4 soupapes par cylindres. En revanche, de nombreux composants sont spécifiques et notamment la partie admission, composée de 6 papillons individuels comme tous les L6 Motorsport depuis le M88/1 de la M1. Le S50 est aussi le premier L6 à inaugurer le nouveau système "Vanos" de calage variable de l'admission (voir encadré).
Au niveau des internes du bloc, on trouve des pistons allégés, des coussinets de bielles graphités, des soupape d'admission plus larges avec des ressorts renforcés et des conduits polis et enfin, un collecteur d'échappement redessiné avec des tubes de longueur égale. Son taux de compression élevé de 10.8:1 garantit un excellent rendement, dépassant les 100 Nm/L. En effet, avec la gestion électronique Bosch Motronic M3.3 il délivre 286 ch à 7000 tr/mn et 320 Nm dès 3800 tr/mn.
LE SYSTEME VANOS
Comme d'autres systèmes de distribution variable (VTEC Honda, VVT Toyota, Variocam Porsche, etc.), le Vanos (pour "Variable Nockenwellen-Spreizung") est un déphaseur d’arbres à cames destiné à créer une modification du calage de la distribution permettant d'adapter la combustion de manière optimale en fonction du régime et de la charge du moteur. Sur la première version du Vanos, seul l'arbre à cames d'admission était concerné. Il permettait un calage variable sur 42° d'angle de rotation du vilebrequin, de 80° après le PMH (avance maxi) à 122° après le PMH (retard maxi). Sur le S50B32, le Double VANOS commande les deux arbres à cames. L'angle de calage variable de celui d'admission a été augmenté et passe à 60° d'angle de rotation du vilebrequin, de 70° après le PMH (avance maxi) à 130° après le PMH (retard maxi). Quant au calage variable de l'arbre à cames d'échappement, sa plage est de 38° de rotation vilebrequin, de 114° avant le PMH (avance maxi) à 76° avant le PMH (retard maxi). Le Vanos ne joue en revanche pas sur la levée des soupapes (voir Valvetronic). Prenant en compte plus de paramètres, comme le taux de gaz en recirculation ou encore la température moteur, il permet d'optimiser la combustion en continu via la gestion moteur. Au démarrage, l'arbre à cames d'admission se trouve en position retard, tandis que celui d'échappement est en position avance. Ensuite, en fonction du régime ou de la charge du moteur, les diagrammes d'admission et d'échappement vont se croiser de plus en plus et de façon continue pour fournir un couple optimal. La limitation de vitesse à 250 km/h est également assurée par le système VANOS, à environ 255 km/h.
La série limitée "M3 GT" de 1995 a la particularité d'être la seule équipée d'une version légèrement revue du moteur S30B30, avec de nouveaux arbres à cames et une lubrification modifiée. Il délivre ainsi 295 ch à 7000 tr/mn et 323 Nm à 3900 tr/mn.
En 1995, une évolution plus profonde du bloc S50 est introduite sur les M3 e36 3.2, puis sur le Z3 M Roadster, reprenant quelques solutions déjà mises en oeuvre sur la M3 GT et y ajoutant de vraies nouveautés. Tout d'abord, la cylindrée du bloc passe à 3201 cm3 par augmentation de l'alésage à 86.4 mm et allongement de la course à 91 mm. En revanche, il est toujours en fonte et non en aluminium comme les nouveaux L6 M52. Le S50B32 possède également une gestion moteur plus moderne, la Siemens MSS50, intégrant le contrôle du nouveau système Vanos Double (voir encadré). Avec un taux de compression remarquable de 11.3:1, cette version délivre 321 ch à 7400 tr/mn et 350 Nm de couple dès 3250 tr/mn.
Considéré comme une évolution technique du bloc S50B32, le S54B32 fait son entrée en 2001 sous le capot de la nouvelle BMW M3 E46. Principalement, sa cylindrée a été augmentée à 3246 cm3 en réalésant le bloc à 87 mm. Les arbres à cames, la gestion moteur (Siemens MSS 54) et la gestion du Double VANOS ainsi que la lubrification ont également été modifiés. Il en résulte un taux de compression encore en hausse à 11.5:1 et un rendement remarquable en couple et en puissance. Livrant 343 ch à 7900 tr/mn et un couple de 365 Nm à 4900 tr/mn, le L6 Motorsport s'inscrit parmis les moteurs atmosphériques de série les plus performants de son époque.
Une version assagie du S54B32 fait son apparition sur les roadsters et coupés Z3M en fin de carrière, avec une puissance bridée à 325 ch à 7400 tr/mn (315 aux USA) et 350 Nm de couple.
Mais l'histoire ne s'arrête pas là ! Une ultime évolution du S54, officiellement baptisée S54B32HP, sera mise au point en 2004 pour la M3 CSL. Avec sa boîte à air haut débit en fibre de carbone (voir photo d'ouverture de notre dossier), un calage modifié des arbres à cames et une gestion moteur revue (papillons, débitmètre de type MAP (Capteur de pression) au lieu de MAF (Massique) la puissance grimpe à 360 ch au même régime et le couple gagne encore 5 Nm. Le collecteur d'échappement est également nouveau et plus léger, une modification qui sera généralisée à toutes les M3 e46 sur les derniers millésimes.
S52 : L'EXCEPTION AMERICAINE
Initialement, la M3 e36 n'était pas destinée aux USA. Les faibles ventes des M3 e30 et M5 e34, en raison de leur tarif élevé, ne laissaient pas envisager la place pour un modèle Motorsport supplémentaire sur ce marché. Pourtant, une lettre du Club BMW of America incita BMW North America a reconsidérer sa décision. Pour proposer la M3 a un prix suffisament compétitif, il fallait descendre son prix à un maximum de $35,000. Pour BMW, la seule façon d'y arriver était de développer une version moins sophistiquée du moteur S50 et de son coûteux système d'admission avec ses 6 papillons indépendants. En février 1994, la production de la M3 "USA" démarre. En dépit des apparences, identiques au modèle européen, il s'agit d'une version tout à fait spécifique. La cylindrée de 2990 cm3 est la même que pour la M3 standard, mais l'admission du moteur M50TU à papillon unique a été retenue avec de nouveaux arbres à cames. Le taux de compression de 10.5:1 est légèrement plus bas et la puissance se limite à 240 hp SAE (soit 243 ch DIN) à 6000 tr/mn pour un couple de 305 Nm à 4250 tr/mn.
En 1996 apparaît une nouvelle évolution de ce moteur intégrant plusieurs évolutions du M52. Bien que sur le papier la puissance demeure identique, la cylindrée spécifique au S52 est portée à 3152 cm3 avec un alésage de 86.4 mm et une course de 89.6 mm. Les arbres à cames sont mieux équilibrés et leur levée augmentée, les ressorts de soupapes sont différents ainsi que la segmentation.
VARIANTES - UTILISATIONS L6 S50/S52/S54
S50B30 (2990cm3/286ch/320Nm) - E36: M3 3.0
S50B30 (295ch/323Nm) - E36: M3 GT
S52B32 USA (3152cm3/240ch/305Nm) - E36: M3 USA
S52 (3152cm3/240ch/320Nm) - E36: M3 USA, Z3 M USA
S50B32 (3201cm3/321ch/350Nm) - E36: M3 3.2, Z3 M
S54B32 (3246cm3/325ch/350Nm) - E36: Z3 M
S54B32 (343ch/365Nm) - E46: M3 - E85: Z4 M
S54B32 (360ch/370Nm) - E46: M3 CSL
N52, N53 : LE DERNIER L6 ATMO...
Succédant au M54, le N52 est introduit en 2004 sur la 630Ci E63. Entièrement nouveau, le bloc est désormais réalisé dans un alliage de magnesium et d'aluminum avec des cylindres recouverts d'Alusil, un alliage dont la concentration élevée en Silicium (17%) le protège des frictions mais aussi de la corrosion. BMW a pu ainsi supprimer les chemises en acier du M54 tout en évitant les problèmes rencontrés sur les premiers M52 avec le Nikasil et l'essence soufrée.
Cette génération se distingue aussi par l'arrivée de la levée variable des soupapes Valvetronic (voir encadré) s'ajoutant au système double VANOS.
Le N52 est également associé à une ligne d'échappement comprenant un silencieux arrière à clapets actifs. La gestion électronique DME ouvre plus ou moins un volet via une une électrovalve. Ce volet mobile réduit ainsi le niveau sonore au ralenti et à bas régimes en position fermée.
La baisse des coûts de production imposent cependant une rationnalisation industrielle encore plus stricte impliquant une réduction du nombre des déclinaisons du nouveau bloc. Ainsi, le N52 ne conserve que deux cylindrées, 2497 cm3 (N52B25) et 2996 cm3 (N52B30). Afin de proposer malgré tout un panel de versions suffisament large à son catalogue, c'est désormais sur différents niveaux de puissance de chaque bloc que BMW enrichit son offfre. Ces variantes sont obtenues via le calibrage de la gestion moteur, de l'accélérateur ou du système d'admission. Le N52B25 sera ainsi décliné en 177 ch, 204 ch et 218 ch, le N52B30 en 218 ch, 230 ch (Amérique du Nord uniquement), 258 ch, 265 ch et 272 ch, selon les années et les modèles équipés.
VALVETRONIC
Le Valvetronic fait ses débuts sur le 4 cylindres de la 316ti e46. En 2002 il est intégré sur la nouvelle génération des 8 et 12 cylindres BMW puis sur les 6 cylindres N52. Breveté par BMW, ce dispositif de variation continue de la levée des soupapes d'admission rend superflu l'usage du traditionnel papillon de gaz. Le constructeur bavarois explique très bien cette nécessité de calage et de levée variables en osant la comparaison avec la respiration humaine. Lorsqu'il fournit un effort important, l'homme respire profondément et longuement. Pour un effort moindre, s'il lui faut moins d'air, ce n'est pas en se bouchant un peu le nez ou la bouche qu'il réduit l'arrivée d'air, mais en respirant moins longuement et moins profondément. Le Valvetronic agit de la même façon en supprimant l'étranglement que constitue le papillon d'accélération classique. Le collecteur est donc ouvert en continu, et c'est l'ouverture de la soupape, variable en durée et en "profondeur" qui alimente les cylindres selon la position de la pédale d'accélérateur et la gestion électronique générale. Sur le 4 cylindres, la levée peut varier de 0,3 mm au ralenti jusqu'à 9,7 mm à pleine charge, en 300 millisecondes. Pour ce faire, un petit moteur électrique déplace un arbre à excentrique via un engrenage à vis sans fin, sous le contrôle d'un calculateur électronique autonome qui dialogue avec la gestion moteur. Un levier est intercalé entre l'arbre à cames et le basculeur de la soupape. Ce levier porte un rouleau sur lequel évolue la came. Son extrémité supérieure s'appuie sur l'arbre à excentrique via un deuxième rouleau. Le principe de base est simple mais fait appel à un véritable mécanisme d'horlogerie boosté par les progrès de l'électromécanique. A cela s'ajoute le calage variable en continu des arbres à cames sur 60 degrés ! A la conduite, le Valvetronic accroît encore la souplesse et la linéarité du moteur avec des montées en régime plus franches et une moindre inertie à la commande d'accélérateur. Le Valvetronic est outre une solution pour baisser les consommations sans avoir recours à injection directe qui exigent un indice d'octane élevé et une très faible teneur en souffre.
Le N52 est finalement remplacé par le N53 en 2007. Comparé au N52, le N53 marque surtout l'adoption de l'injection directe d'essence chez BMW, en mode stratifié, via des injecteurs Piëzo-electrique. Le N53 conserve également le Double Vanos mais, contrairement au N52, il est dépourvu du Valvetronic pour cause de manque de place dans sa culasse.
En Amérique du Nord, en Australie et en Malaysia où l'injection directe s'accomode mal de l'essence soufrée, le N52 restera en production à la place du N53 jusqu'à l'arrivée du N20 (4 cylindres turbo). Les deux cylindrées du N52 sont conservées à l'identique (N53B25 et N53B30), chacune étant toujours déclinée en plusieurs niveaux de puissance.
VARIANTES - UTILISATIONS L6 N52/N53
N52B25 (2497cm3/177ch/230Nm) - E85: Z4 2.5i - E60/E61: 523i
N52B25 (204ch/250Nm) - E89: Z4 sDrive23i
N52B25 (218ch/250Nm) - E60/E61: 525i - E83: X3 2.5si - E90/E91/E92: 325i (avant 8/2007) - E85: Z4 2.5si
N52B30 (2996cm3/218ch/270Nm) - E82/E88: 125i - E83: X3 2.5si - E84 : X1 xDrive25i (3/2010–3/2011) - E90/E91/E92 : 325i (après 9/2007)
N52B30 (258ch/300Nm) (310Nm de 2009 à 2012) -
E87: BMW 130i (après 9/2009) - E89: Z4 sDrive30i - E90/E91: 330i - E60/E61: BMW 530i - E63/E64: 630i - E65/E66: 730i - E84: X1 xDrive28i (09/2009–03/2011) - F25: X3 xDrive28i (10/2010–02/2012) - F18: 530Li
N52B30 (265ch/315Nm) - E85/E86: Z4 3.0si - E81/E87: 130i (2005-09/2009)
N52B30 (272ch/315Nm) - E70: X5 3.0si - E83: X3 3.0si - E92: 330i
N53B25/N53B25UO (190ch/235Nm) - E60/E61: 523i
N53B30 (204ch/270Nm) - F10: 523i
N53B30 (218ch/270Nm) - E90/E91/E92/E93: 325i, 325xi (après 2007) - E60/E61: 525i, 525xi (2007–2010)
N53B30 (258ch/310Nm) - F10: 528i
N53B30 (272ch/320Nm) - E63: 630i (2007–2010 BMW ) - E60/E61: 530i, 530xi (après 2007) - E90/E91/E92/E93: 330i, 330xi (après 09/2011) - F10: 530i
N54, N55 : LE TURBO SALVATEUR
Le N54 "TwinPower" marque le retour du 6 cylindres en ligne à la suralimentation, après une première approche sur les M102 et M106 de la 745i durant les années 80. Suralimenté par deux petits turbos et doté de l'injection directe de type piezo mise en oeuvre sur le N53 (dont il n'est toutefois pas dérivé), il fait ses débuts au salon de Genève en 2006 sur la version hautes performances de la nouvelle série 3, le coupé E92 335i.
Disponible dans une unique cylindrée de 2979 cm3 (N54B30), le N54 est un descendant du M54B30 dont il conserve les cotes typées longue course (alésage de 84.0 mm, course de 89.6 mm) et le principe de bloc en aluminium avec chemises acier. Le nouveau bloc est cependant de type "open-deck" (construction dont le dessin offre une ouverture entre les cylindres et le bloc) et il réalisé en 2 parties (avec un carter semelle intégrant les demi-paliers du vilebrequin), contrairement au bloc du M54 qui était en une seule partie et de type "closed-deck". Il reçoit une pompe à huile électrique à débit piloté.
Le N54 se dispense également du système Valvetronic apparu sur le N52 mais le calage variable continu des arbres à cames Double Vanos est lui de la partie. En conséquence directe, le N54B30 est plus puissant et coupleux mais aussi nettement plus lourd qu'un N52B30, pesant environ 195 kg contre 160 kg.
L'arrivée du turbo sur le L6 BMW marque également le début de l'extinction des 6 cylindres atmosphériques, remplacés progressivement par les 4 et 6 cylindres turbo à cause des normes de co2 est évidemment un événement très triste pour tous les amoureux de ces mécaniques. Même si l'agrément d'un N54 reste bien réel grâce à son absence de lag, le L6 y a perdu beaucoup de son âme et de son charme au passage. L'augmentation significative du couple sur toute la plage de régimes le hisse toutefois au niveau de V8 atmosphériques de la concurrence. Il faut dire qu'avec pas moins de 400 Nm de couple, ce L6 atteint une valeur que même le plus gros L6 atmo n'avait jamais pu afficher. Il apparaît également que ces moteurs fournissent généralement plus que la puissance affichée, la version 306 ch étant plutôt mesurée autour de 330 ch et 420 Nm... Ce qui explique qu'en pratique, les performances d'une 335i ne sont pas très éloignées de celles de la M3 E92 avec son V8 4.0 atmosphérique !
Dès 2009, le N54 est progressivement remplacé par le N55 introduit dans la BMW 535i Gran Turismo (F07). On peut penser que les casses rencontrées avec les pompes injection haute pression ont précipité ce remplacement, notamment aux USA où une class-action sera menée contre BMW en 2010, mais en réalité c'est une nouvelle fois les contraintes écologiques (notamment la baisse du co2) qui imposent une évolution presque permanente des motorisations.
Conservant la même cylindrée de 2979 cm3, le N55 se montre 15% plus économe et affiche des émissions polluantes plus faibles. Il ne soufre d'aucun lag turbo et sa courbe de couple est supérieure à bas régime. La principale évolution technique porte sur l'abandon de la double suralimentation, remplacée par un seul turbo de type twin scroll. Les cylindres 1-3 et 4-6 sont appairés au niveau du collecteur. Pour des raisons marketing son appellation demeure cependant "TwinPower Turbo", ce qui peut porter à confusion. Le nouveau dessin du collecteur d'échappement dénommé Cylinder-bank Comprehensive Manifold (CCM) a également permis de réduire la contre-pression et par là même, la réactivité du moteur. Le N55 abandonne enfin les injecteurs piezo, trop coûteux, remplacés une injection directe à injecteurs Bosch de type solénoïde, mais adopte le système de levée variable des soupapes Valvetronic III gérés par le calculateur moteur Bosch MEVD 17.2.
Dans quelques cas particuliers, BMW va pourtant continuer à utiliser l'ancien N54 après 2010. Officiellement, il se montrait plus adapté à des hausses de puissances. C'est ainsi qu'on va le retrouver notamment dans le Z4 sDrive35is ou la 335is (modèle réservé au marché Nord Américain) puis dans sa version N54B30TO spécifique à la Série 1 M Coupe, où il est badgé Motorsport...
VARIANTES - UTILISATIONS L6 N54/N55
N54B30 (2979cm3/306ch/400Nm) - E90: 335i - E87: 135i - E71: xDrive35i - F01: 740Li
N54B30 (330ch/450Nm) - F01: 740i
N55B30M0 (306ch/400Nm) - E82: 135i - E90/E92: 335i - F07/F10: 535i - E70: X5 xDrive 35i - F25: X3 xDrive35i - E84: X1 xDrive35i - F30: 335i - E71: X6 xDrive 35i
N55 (320ch/450Nm) - F20: M135i - F12: 640i
- F01: 740i/Li - E82/E88: 135is (USA)
N55B30O0 (326ch/450Nm) - F22: M235i Coupe
N55HP (340ch/450Nm) - E89: Z4 sDrive35is (depuis 2013)
S55
Après une incursion par le V8 atmo, la M3 revient au 6 cylindres en ligne. Un retour qui n'a pas manqué de faire le buzz sur les réseaux tant l'emprunte du 6 en ligne restait attachée à la M3. Attendues par tous les passionés de belles mécaniques, les caractéristiques du tout 6 cylindres en ligne S55 qui équipe les nouvelles BMW M3 F80 et M4 F82 sont à la hauteur des espérances. Ce coeur mécanique siglé ///M Power est globalement dérivé du N55, mais il a été profondément remanié demandant près de 3 ans de développement et des centaines d'heures de tests sur banc pour pêtre capable de grimper jusqu'au régime maxi de 7600 tr/mn. Le vilebrequin est spécifique tandis que le double circuit de lubrification et de refroidissement est conçu une utilisation "track ready". Suralimenté par deux turbos Mitsubishi mono-scroll (1.25 bar max), comme l'était le N54, il reçoit une wastgate électrique et un échangeur. Pour le reste, on retrouve l'njection directe, associée au Valvetronic et au Double-VANOS. Homologué Euro6, il affiche une puissance de 431 ch, constante de de 5500 à 7300 tr/mn et un couple copieux de 550 Nm, disponible de 1850 à 5500 tr/mn. De quoi assurer à la M3 des performances dignes de son rang...
