Les véhicules Renault Duster sont équipés de moteurs de deux modifications : K4M de 1,6 L et F4R de 2,0 L.
Les deux moteurs sont à essence, à quatre temps, à quatre cylindres, en ligne, à seize soupapes — à deux arbres à cames en tête.
Les moteurs sont montés transversalement dans le compartiment moteur.
Par leur conception, les moteurs sont similaires. Les principales différences concernent les dimensions des pièces.
Ordre d'allumage : 1-3-4-2, à partir du volant moteur.
Système d'alimentation : injection séquentielle multipoint.
Le moteur, la boîte de vitesses et l'embrayage forment un groupe motopropulseur fixé sur trois supports caoutchouc-métal.
Le système d'alimentation du moteur se compose d'une pompe à carburant électrique installée dans le réservoir, d'un boîtier papillon, d'un filtre fin de carburant, d'un filtre grossier de carburant situé dans le module de pompe à carburant, d'un régulateur de pression de carburant, d'injecteurs, de conduites de carburant, d'un système de recirculation des gaz d'échappement et d'un filtre à air.
Le système d'allumage du moteur est microprocesseur, composé de bobines et de bougies d'allumage.
Les bobines d'allumage sont commandées par l'unité électronique (calculateur) du système de gestion du moteur.
Le système d'allumage ne nécessite aucun entretien ni réglage en cours d'exploitation.
Sur le moteur F4R, un schéma de réglage de la distribution par déphaseur est utilisé. Le déphaseur régule le moment d'ouverture des soupapes d'admission du moteur.
Le système assure le réglage optimal de la distribution à chaque instant du fonctionnement du moteur afin d'augmenter ses performances et sa dynamique en modifiant la position de l'arbre à cames d'admission.
Le système est piloté par le calculateur de gestion moteur (ECU).
Les principaux éléments du système de réglage de la distribution sont l'électrovanne de commande, le mécanisme d'actionnement modifiant la position de l'arbre à cames et le capteur de position de l'arbre à cames.
La courroie de distribution entraîne le mécanisme d'actionnement du système, qui, par liaison hydromécanique, transmet la rotation à l'arbre à cames d'admission.
De la conduite principale d'huile, l'huile moteur sous pression est amenée par des canaux au logement de la culasse dans lequel est installée la vanne, puis par des canaux dans la culasse et dans l'arbre à cames — au mécanisme d'actionnement du système.
En position initiale et à une fréquence de rotation du vilebrequin inférieure à 1450 min⁻¹, aucune tension n'est appliquée à l'électrovanne — elle est fermée.
À une fréquence de rotation du vilebrequin comprise entre 1450 et 4300 min⁻¹ et pédale d'accélérateur enfoncée à fond, l'ECU applique une tension à l'électrovanne — elle s'ouvre.
Le tiroir de la vanne assure alors l'alimentation en huile sous pression de la cavité de travail du mécanisme d'actionnement.
Par la variation de la pression d'huile et l'action hydromécanique, les éléments du mécanisme d'actionnement se déplacent mutuellement, et l'arbre à cames tourne de l'angle requis, modifiant la distribution.
À une fréquence de rotation du vilebrequin supérieure à 4300 min⁻¹, l'alimentation de l'électrovanne est coupée.
Le tiroir de l'électrovanne et les éléments du mécanisme d'actionnement sont très sensibles à la pollution de l'huile moteur.
En cas de défaillance du système de distribution variable, les soupapes d'admission s'ouvrent et se ferment en mode de retard maximal.
Le système de distribution variable permet d'établir une distribution optimale à chaque instant du fonctionnement du moteur, ce qui permet d'obtenir une puissance accrue, une meilleure économie de carburant et une moindre toxicité des gaz d'échappement.
Pour déterminer la position instantanée de l'arbre à cames, un capteur de position d'arbre à cames (capteur de phase) est installé.
Sur le tourillon de l'arbre à cames se trouve la couronne de cible du capteur de position.
Sur le cache supérieur de l'entraînement de distribution est fixée l'électrovanne qui commande hydrauliquement le mécanisme de distribution variable.
L'électrovanne est, à son tour, commandée par le calculateur de gestion moteur.
Le calculateur détermine la position de l'arbre à cames d'admission à partir des signaux du capteur de phase et du capteur de position du vilebrequin et émet une commande de modification de la position de l'arbre.
Conformément à cette commande, le tiroir de l'électrovanne se déplace, par exemple, dans le sens d'une plus grande avance à l'ouverture des soupapes d'admission.
L'huile sous pression passe alors par un canal dans le corps de la distribution jusqu'au corps du mécanisme de distribution variable et provoque la rotation de l'arbre à cames dans le sens requis.
Lors du déplacement du tiroir dans le sens correspondant à une ouverture plus précoce des soupapes, le canal pour leur ouverture plus tardive se raccorde automatiquement au canal de vidange.
Si l'arbre à cames a tourné de l'angle requis, le tiroir de l'électrovanne, sur commande du calculateur, se place dans une position où l'huile est maintenue sous pression des deux côtés de chacune des aubes du rotor du variateur.
S'il est nécessaire de faire tourner l'arbre à cames vers une ouverture plus tardive des soupapes, le processus de réglage est effectué avec l'alimentation d'huile en sens inverse.
À l'arrêt du moteur, l'arbre à cames d'admission se place automatiquement en position initiale, dans laquelle il n'y a pas de croisement des phases d'admission et d'échappement.
Cela est fait pour assurer un démarrage fiable du moteur froid.
Avec une telle disposition des phases, la dilution de la charge fraîche air-carburant entrant dans le cylindre pendant la course d'admission par les gaz d'échappement est exclue.
Outre la facilitation du démarrage, cela assure un fonctionnement régulier et sans à-coups pendant le réchauffement.
Au fur et à mesure du réchauffement du moteur, les phases de distribution évoluent progressivement jusqu'à leur croisement sur le moteur entièrement chaud, ce qui assure une meilleure économie.
Les éléments du système de distribution variable (électrovanne et mécanisme de modification dynamique de la position relative des arbres à cames) sont des ensembles de précision.
Pour cette raison, lors de l'entretien ou de la réparation du système de distribution variable, seul le remplacement des éléments du système en ensemble est autorisé.
À l'avant du moteur (dans le sens de marche du véhicule) sont situés : la jauge de niveau d'huile, la rampe d'injection avec injecteurs, la tubulure d'admission, le filtre à huile, l'échangeur de chaleur (moteur 2,0), le capteur de pression d'huile insuffisante, le capteur de cliquetis, le capteur de position du vilebrequin (moteur 2,0), le tube d'alimentation de la pompe à liquide de refroidissement, le démarreur (moteur 1,6), l'alternateur, la pompe de direction assistée, le compresseur de climatisation.
À l'arrière du moteur sont situés : le boîtier papillon, le boîtier du filtre à air, le collecteur d'échappement avec sonde à oxygène de commande, le démarreur (moteur 2,0).
Le bloc-cylindres est coulé en fonte, les cylindres sont alésés directement dans le bloc.
Dans la partie inférieure du bloc-cylindres se trouvent cinq paliers de tourillons principaux du vilebrequin avec chapeaux démontables, fixés au bloc par boulons.
Les alésages du bloc-cylindres pour les paliers sont usinés avec les chapeaux en place, c'est pourquoi les chapeaux ne sont pas interchangeables.
Sur les surfaces d'extrémité du palier n° 3 du moteur K4M et n° 2 du moteur F4R sont réalisés des logements pour demi-anneaux de butée empêchant le déplacement axial du vilebrequin.
Pour refroidir les pistons pendant le fonctionnement du moteur, leurs fonds sont arrosés par le bas d'huile moteur par des gicleurs spéciaux qui sont enfoncés dans le bloc-cylindres.
Vilebrequin à cinq tourillons principaux et quatre manetons.
Les coussinets de paliers et de bielles sont en acier, minces, avec un revêtement antifriction appliqué sur leurs surfaces de travail.
Sur l'extrémité avant du vilebrequin sont installés : le pignon d'entraînement de la pompe à huile, la poulie dentée de distribution et la poulie d'accessoires, qui est également un amortisseur de vibrations de torsion du vilebrequin.
Le vilebrequin est étanchéifié à l'avant et à l'arrière par des joints spi.
Les bielles sont en acier forgé, à section en I, usinées avec les chapeaux.
Les chapeaux sont fixés aux bielles par boulons sur le moteur F4R et par boulons avec écrous sur le moteur K4M.
Par leurs têtes inférieures (de manivelle), les bielles sont reliées par les coussinets aux manetons du vilebrequin, et par leurs têtes supérieures — par les axes de piston aux pistons.
Les axes de piston sont en acier, de section tubulaire.
Sur le moteur 2,0, l'axe est du type flottant — il tourne librement dans les bossages du piston et la tête supérieure de la bielle.
Contre le déplacement axial, l'axe est fixé par deux circlips élastiques situés dans les gorges des bossages du piston.
Sur le moteur 1,6, l'axe de piston est enfoncé dans la tête supérieure de la bielle et tourne librement dans les bossages du piston.
Les pistons sont en alliage d'aluminium.
La jupe du piston a une forme complexe : en coupe longitudinale, la jupe est en forme de tonneau, et en coupe transversale — ovale.
Dans la partie supérieure du piston sont usinées trois gorges pour les segments.
Les deux segments supérieurs sont de compression, et le segment inférieur est racleur d'huile.
La culasse est coulée en alliage d'aluminium, commune aux quatre cylindres.
La culasse est centrée sur le bloc par deux douilles et fixée par dix vis.
Entre le bloc et la culasse est installé un joint métallique sans retrait.
Sur les côtés opposés de la culasse sont situées les fenêtres des canaux d'admission et d'échappement.
Les bougies d'allumage sont installées au centre de chaque chambre de combustion.
Les soupapes sont en acier, disposées en deux rangées en V dans la culasse, à raison de deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement par cylindre.
La tête de soupape d'admission est plus grande que celle d'échappement.
Les sièges et guides de soupapes sont enfoncés dans la culasse.
Sur les guides de soupapes sont montés par le haut des joints de queue de soupape.
La soupape se ferme sous l'action du ressort.
Par son extrémité inférieure, celui-ci s'appuie sur une rondelle, et par son extrémité supérieure — sur une coupelle maintenue par deux clavettes.
Les clavettes appariées ont extérieurement la forme d'un tronc de cône et sont munies intérieurement de bossages d'appui entrant dans la gorge de la queue de soupape.
Dans la partie supérieure de la culasse sont installés deux arbres à cames.
Un arbre actionne les soupapes d'admission du mécanisme de distribution, et l'autre — les soupapes d'échappement.
Chaque arbre comporte huit cames — une paire de cames adjacentes commande simultanément les soupapes (d'admission ou d'échappement) de chaque cylindre.
Une particularité de conception de l'arbre à cames est que les cames sont emmanchées sur un arbre tubulaire.
Les paliers (coussinets) des arbres à cames (six paliers par arbre) sont démontables — situés dans la culasse et dans le couvre-culasse.
L'entraînement des arbres à cames se fait par courroie dentée depuis la poulie du vilebrequin.
Sur chaque arbre à cames, du côté de la poulie dentée, est réalisée une bride de butée qui entre dans une gorge de la culasse, empêchant ainsi le déplacement axial de l'arbre.
La poulie d'arbre à cames n'est pas fixée sur l'arbre par ajustement serré, clavette ou goupille — mais uniquement par les forces de frottement apparaissant sur les surfaces d'extrémité de la poulie et de l'arbre lors du serrage de l'écrou de fixation de la poulie.
Le nez de l'arbre à cames est étanchéifié par un joint spi enfilé sur le tourillon de l'arbre et enfoncé dans un logement formé par les surfaces de la culasse et du couvre-culasse.
Les soupapes sont actionnées depuis les cames de l'arbre à cames par l'intermédiaire de leviers de soupapes.
Pour augmenter la durée de vie de l'arbre à cames et des leviers de soupapes, la came de l'arbre agit sur le levier par l'intermédiaire d'un galet tournant sur l'axe du levier.
Les poussoirs hydrauliques des leviers de soupapes sont installés dans des logements de la culasse.
L'huile pénètre à l'intérieur du poussoir hydraulique depuis la conduite dans la culasse par un orifice dans le corps du poussoir.
Le poussoir hydraulique assure automatiquement un contact sans jeu entre la came de l'arbre à cames et le galet du levier de soupape, en compensant l'usure de la came, du levier, de l'extrémité de la queue de soupape, des chanfreins du siège et de la tête de soupape.
La lubrification du moteur est combinée.
Sous pression, l'huile est amenée aux paliers principaux et de bielles du vilebrequin, aux paliers des arbres à cames et aux poussoirs hydrauliques des leviers de soupapes.
Les autres organes du moteur sont lubrifiés par barbotage.
La pression dans le système de lubrification est créée par une pompe à huile à engrenages, située dans le carter d'huile et fixée au bloc-cylindres.
La pompe à huile est entraînée par chaîne depuis le vilebrequin.
Le pignon menant de la pompe est installé sur le vilebrequin sous le carter avant du bloc-cylindres.
Sur le pignon est réalisée une portée cylindrique sur laquelle travaille le joint spi avant du vilebrequin.
Le pignon est installé sur le vilebrequin sans serrage et n'est pas fixé par clavette.
Lors de l'assemblage du moteur, le pignon menant de la pompe est serré entre la poulie dentée de distribution et l'épaulement du vilebrequin par le boulon de fixation de la poulie d'accessoires.
Le couple du vilebrequin est transmis au pignon uniquement par les forces de frottement entre les surfaces d'extrémité du pignon, de la poulie dentée et du vilebrequin.
En cas de serrage insuffisant du boulon de fixation de la poulie d'accessoires, le pignon menant de la pompe à huile peut se mettre à tourner sur le vilebrequin et la pression d'huile dans le moteur chute.
La crépine est réalisée d'une seule pièce avec le couvercle du corps de la pompe à huile.
Le couvercle est fixé par cinq vis au corps de la pompe et retenu par un clip à ressort.
L'huile de la pompe est envoyée par un canal dans le bloc-cylindres vers le filtre à huile.
Le filtre à huile est à plein débit, non démontable.
Sur le moteur F4R, avant d'entrer dans le filtre, l'huile passe par un échangeur de chaleur fixé au bloc-cylindres.
Pendant le fonctionnement du moteur, le liquide de refroidissement circule en permanence à travers les ailettes de l'échangeur.
Peu après le démarrage du moteur, l'huile moteur dans l'échangeur est réchauffée (le liquide de refroidissement se réchauffant plus vite).
Lorsque le moteur fonctionne à des régimes maximaux, l'huile est refroidie dans l'échangeur.
Après passage par le filtre à huile, l'huile est envoyée dans la conduite principale du bloc-cylindres.
De la conduite principale, l'huile passe par des canaux vers les paliers principaux du vilebrequin, les gicleurs de refroidissement des pistons, puis vers les paliers de bielles.
Par deux canaux verticaux du bloc-cylindres, l'huile de la conduite principale est envoyée dans la culasse — vers les paliers extrêmes (côté obturateurs des arbres à cames) et les poussoirs hydrauliques des soupapes.
Par des gorges et perçages dans les tourillons extrêmes des arbres à cames, l'huile pénètre à l'intérieur des arbres, et par des perçages dans d'autres tourillons — vers les autres paliers des arbres à cames.
De la culasse, l'huile redescend par des canaux verticaux dans le carter d'huile.
Le système de ventilation du carter est fermé, de type forcé.
Les gaz pénétrant des chambres de combustion par les segments dans le carter moteur arrivent par des canaux dans le bloc et la culasse jusqu'au couvre-culasse.
Après passage par un séparateur d'huile situé dans le couvre-culasse, les gaz de carter sont débarrassés des particules d'huile et passent ensuite par le boîtier du filtre à air, le boîtier papillon, le récepteur et la tubulure d'admission — dans les cylindres du moteur.
Pannes possibles du moteur
Le moteur ne démarre pas
Pas de pression de carburant dans la rampe :
- Conduites de carburant obstruées — lavez et soufflez le réservoir et les conduites.
- Pompe à carburant défectueuse — remplacez la pompe (Réparation du module de carburant).
- Filtre à carburant obstrué — remplacez le filtre (Remplacement du filtre à carburant additionnel).
- Régulateur de pression de carburant défectueux — remplacez le régulateur.
- Système d'allumage défectueux — effectuez un diagnostic du système de gestion moteur.
Le moteur ne développe pas toute sa puissance et n'a pas une reprise suffisante
- Capteur de position du papillon défectueux — remplacez le boîtier papillon complet (Comment déposer le boîtier papillon).
- Pression insuffisante dans la rampe d'injection — voir ci-dessus.
- Filtre à air encrassé — remplacez l'élément filtrant.
- Système d'allumage défectueux — effectuez un diagnostic du système de gestion moteur.
- Compression insuffisante (inférieure à 10 kgf/cm²) :
- Joint de culasse percé — remplacez le joint (Remplacement du joint de culasse).
- Pistons brûlés, segments cassés ou collés — nettoyez les segments et gorges, remplacez les segments.
- Mauvais appui des soupapes sur leurs sièges — remplacez les soupapes endommagées, rectifiez les sièges.
- Usure excessive des cylindres et segments — remplacez les pistons, alésez et honiez les cylindres.
Le moteur tourne irrégulièrement ou cale au ralenti
- Pression insuffisante dans la rampe d'injection — voir ci-dessus.
- Prise d'air par le flexible reliant le récepteur au servofrein — resserrez les colliers, remplacez le flexible endommagé.
- Système d'allumage défectueux — effectuez un diagnostic du système de gestion moteur.
Pression d'huile insuffisante à chaud
- Qualité d'huile insuffisante — remplacez l'huile (Remplacement de l'huile et du filtre moteur).
- Dilution ou moussage de l'huile par pénétration de carburant ou de liquide de refroidissement dans le carter — éliminez la cause et remplacez l'huile.
- Encrassement de la cavité de travail ou usure de la pompe à huile — lavez ou réparez la pompe.
- Filtre à huile colmaté — remplacez le filtre.
- Crépine desserrée ou colmatée — lavez ou réparez la crépine.
- Jeu excessif entre coussinets et tourillons du vilebrequin — rectifiez les tourillons et remplacez les coussinets.
Cognement des paliers principaux du vilebrequin
Habituellement cognement de tonalité sourde, métallique. Détecté lors d'un appui brusque sur l'accélérateur. La fréquence augmente avec la vitesse de rotation du vilebrequin. Un jeu axial excessif du vilebrequin provoque un cognement plus sec, à intervalles irréguliers, particulièrement perceptible lors d'une augmentation ou diminution progressive du régime.
- Pression d'huile insuffisante — voir la panne « Pression d'huile insuffisante ».
- Jeu excessif entre les flasques d'appui des coussinets du palier principal central et le vilebrequin — remplacez les demi-anneaux et vérifiez le jeu.
Cognement des paliers de bielles
Plus sec que celui des paliers principaux. Perceptible au ralenti, à l'ouverture brusque du papillon. L'emplacement se détermine facilement en débranchant successivement les bougies.
- Jeu excessif entre manetons et coussinets — remplacez les coussinets et rectifiez les manetons.
Cognement des pistons
Cognement mat, sourd, provoqué par le battement du piston dans le cylindre. Mieux perceptible à bas régime et sous charge.
- Jeu excessif pistons-cylindres — remplacez les pistons, alésez et honiez les cylindres.
- Jeu excessif entre segments et gorges — remplacez les segments ou les pistons avec segments.
Bruit excessif du mécanisme de distribution
- Pression d'huile trop basse — voir « Pression d'huile insuffisante ».
- Usure des cames — remplacez l'arbre à cames.
Cognement à froid
- Perceptible pendant deux-trois minutes après le démarrage et s'intensifiant avec le régime :
- Jeu excessif pistons-cylindres. Un cognement qui disparaît à chaud n'est pas un défaut. En cas de cognement permanent, remplacez les pistons, alésez et honiez les cylindres.
- Poulie de vilebrequin desserrée — resserrez.
Cognements brefs juste après le démarrage
- Huile non conforme à viscosité trop faible — remplacez l'huile.
- Jeu axial excessif du vilebrequin — remplacez les demi-anneaux de butée.
- Jeu excessif du palier principal avant — remplacez les coussinets.
Cognements à chaud au ralenti
- Courroie d'accessoires détendue ou usée — remplacez la courroie.
Bruit des pièces du mécanisme de distribution
Voir « panne de distribution ».
- Huile non conforme — remplacez l'huile.
- Jeu excessif entre axes de piston et bossages — remplacez pistons et axes.
- Axes des têtes supérieure et inférieure de bielle non parallèles — remplacez la bielle.
Cognements forts à chaud à régime élevé
- Courroie d'accessoires trop tendue ou fissurée — remplacez la courroie (Contrôle et remplacement de la courroie d'accessoires).
- Fixation du volant moteur desserrée — serrez au couple prescrit.
Vibrations excessives du moteur
- Déséquilibre du vilebrequin — déposez et équilibrez le vilebrequin.
- Compressions inégales entre cylindres — éliminez la cause.
- Supports de suspension du groupe motopropulseur très usés — remplacez-les.
Cognements de détonation sous charge
- Essence à faible indice d'octane — remplacez le carburant.
Consommation d'huile excessive
- Fuites par les joints — resserrez ou remplacez les joints.
- Ventilation du carter obstruée — nettoyez les pièces.
- Segments usés — remplacez pistons et segments.
- Segments cassés — remplacez-les.
- Segments racleurs ou gorges colmatés — remplacez l'huile, nettoyez.
- Joints de queue de soupape usés — remplacez-les (Remplacement des joints de queue de soupape).
- Queues de soupapes ou guides usés — remplacez les soupapes, réparez la culasse.
Surchauffe du moteur
- Liquide de refroidissement insuffisant — faites l'appoint.
- Surface extérieure du radiateur très encrassée — nettoyez au jet d'eau.
- Thermostat défectueux — remplacez-le (Dépose du thermostat et de son boîtier).
- Ventilateur électrique défectueux — vérifiez moteur, capteur et relais, remplacez les pièces défectueuses.
- Bouchon de vase d'expansion défectueux — remplacez le bouchon.
- Essence à faible indice d'octane — remplacez le carburant.
Baisse rapide du niveau dans le vase d'expansion
- Radiateur endommagé — réparez ou remplacez.
- Flexibles ou joints endommagés — remplacez-les.
- Microfissures dans le bloc ou la culasse — vérifiez l'étanchéité.