Pas de bonjour, pas de présentation, et il faut une réponse urgente... Non mais lol.
pour la présentation! C'est la base, merci.
]]>Moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l Audi Gamme EA288
La nouvelle génération modulaire de moteurs TDI® crée une base uniforme pour les moteurs diesel de la gamme EA288. Après l’introduction de la plateforme modulaire diesel (MDB) avec la version 4 cylindres, la gamme EA288 s’élargit avec le nouveau moteur diesel à 3 cylindres.
Ce moteur, d’une cylindrée de 1,4 litre, complète par le bas le large éventail de moteurs diesel d’Audi.
L’un des principaux objectifs du développement était la réduction du CO2 ; le moteur à 3 cylindres de 1,4 l satisfait en outre aux exigences de la norme antipollution Euro 6.
Sommaire
Introduction
Mécanique moteur
Alimentation en huile
Culasse
Alimentation en air et suralimentation
Système de refroidissement
Système d’alimentation
Gestion moteur
Annexe
Pour les travaux de maintenance et de réparation, prière de consulter la documentation technique d’actualité.
Introduction
Caractéristiques Recyclage des gaz d’échappement basse pression1)
• Moteur 3 cylindres en ligne
• 4 soupapes par cylindre, 2 arbres à cames en tête (DOHC)
• Un arbre à cames d’admission et un arbre à cames d’échappement
• Bloc-cylindres exécuté en aluminium coulé sous pression
• Suralimentation par compresseur à gaz d’échappement avec refroidissement indirect de l’air de suralimentation et turbocom-presseur à géométrie variable de la turbine (VTG)
• Distribution par courroie crantée
• Tubulure d’admission avec volets de turbulence
• Module d’arbre d’équilibrage avec pompe à huile et à dépression
• Système de recyclage des gaz d’échappement à double circuit, haute et basse pression
Conception modulaire
Le concept modulaire de moteurs diesel de la gamme EA288 se base sur la subdivision en modules des unités fonctionnelles du moteur. Suivant les exigences de cylindrée, puissance, norme antipollution et catégorie de véhicule, les moteurs peuvent être configurés à partir de modules identiques ou modifiés en fonction des besoins du moteur de base et des pièces rapportées.
La conception modulaire permet de répondre rentablement aux exigences existantes en matière de consommation de carburant, émissions polluantes et déploiement de couple ainsi qu’à des défis futurs, tels que la satisfaction à des exigences légales spécifiques à certains pays et régions.
1) Modules exploitant des synergies avec le système modulaire diesel existant
2) Module nouvellement mis au point
Caractéristiques techniques
Courbe de couple et de puissance
Les lettres-repères du moteur se trouvent à l’avant à gauche dans le sens de la marche, en dessous de la culasse, sur le rebord du bloc-cylindres.
Mécanique moteur
Bloc-cylindres
En vue d’une réduction de poids, le bloc-cylindres a été réalisé en aluminium coulé sous pression (AlSi9Cu3). Une réduction du poids a pu être obtenue rien que par le remplacement de la fonte grise par l’aluminium. Les chemises de cylindre, à paroi mince, sont montées à chaud et réalisées en fonte grise (GJL 250). Le bloc-cylindres est réchauffé pour pouvoir se dilater. Simultanément, les chemises de cylindre sont fortement refroidies, pour les rétrécir.
Il en résulte que le nouveau moteur est allégé de 11 kg par rapport à un moteur à 3 cylindres en fonte grise comparable et pèse même 27 kg de moins que le moteur 4 cylindres TDI de 1,6 l. Le principe des boulons de culasse avec des taraudages implantés à un niveau bas a été repris de la gamme de moteurs diesel EA288. La répartition de la force dans la structure du bloc-cylindres et la répartition de la pression du joint de culasse s’en trouvent améliorées.
Vilebrequin
Le vilebrequin, réalisé en acier, est à quatre paliers et possède deux contrepoids pour la compensation des forces d’inertie rotatives.
En outre, le pignon d’entraînement assurant l’entraînement du module d’arbre d’équilibrage a été monté à chaud sur le vilebrequin, côté courroie crantée.
Pistons et bielles
Les pistons utilisés sont en aluminium. Ils possèdent un canal d’huile annulaire dans la zone annulaire du cordon de feu, soumise à une forte sollicitation thermique. De l’huile fraîche refroidie y est injectée directement dans le piston via un orifice d’alimentation pendant que le piston se trouve en position de PMB.
Simultanément, l’huile fraîche refoule l’huile réchauffée du canal annulaire et il y a retour de cette huile dans le carter d’huile. Pour réduire la friction, du graphite est appliqué, côté couple de basculement, sur le piston. Les pistons sont reliés au vilebrequin via des bielles trapézoïdales à tête fracturée.
Module d’arbre d’équilibrage
Pour compenser les moments d’inertie libres, un arbre d’équilibrage tournant au régime moteur dans le sens opposé au vilebrequin a été monté.
Le module d’arbre d’équilibrage est vissé directement dans le bain d’huile du carter d’huile sur le bloc-cylindres. L’entraînement de l’arbre d’équilibrage est assuré par le pignon d’entraînement du vilebrequin.
Entraînement
Nota
Le pignon d’entraînement du module d’arbre d’équilibrage est doté d’un revêtement polymère en vue du réglage du jeu d’entre-dents. Ce revêtement s’use au fur et à mesure que le kilométrage augmente. Sans revêtement, un réglage du jeu d’entre-dents n’est plus possible. C’est pourquoi il faut remplacer le module d’arbre d’équilibrage après dépose.
Architecture
Pour des raisons de place et afin de minimiser les pertes par frottement, un arbre d’équilibrage avec pompe à huile intégrée et pompe à dépression est monté.
Les masses d’équilibrage possèdent respectivement, sur la face opposée, un cache en plastique, qui évite le moussage de l’huile moteur.
La pompe à dépression aspire l’air du servofrein via une conduite de dépression et les canaux du bloc-cylindres.
L’air aspiré est acheminé via des clapets antirotation à l’intérieur du bloc-cylindres et en aère la chambre.
Puis cet air est acheminé à la combustion comme gaz de carter via le dégazage du moteur. Un double clapet antirotation réalise une section suffisamment importante pour évacuer l’huile dans la chambre de pompe à dépression. Les couples d’entraînement sont ainsi maintenus faibles même à basses températures.
Alimentation en huile
Circuit d’huile
Via la pompe à huile intégrée dans le module d’arbre d’équilibrage, le moteur avec les composants du vilebrequin, de la culasse et du turbocompresseur sont alimentés avec la quantité d’huile correcte et la pression d’huile nécessaire.
La pompe à huile est régulée et présente deux niveaux de fonctionnement définis.
Pompe à huile
La pompe est une pompe à palettes avec bague de réglage excentrique. Pour réduire la puissance d’entraînement nécessaire de la pompe à huile, elle dispose d’une commande de débit.
La caractéristique de refoulement peut être modifiée via une bague de réglage à fixation rotative.
Cette bague de réglage peut être exposée à une pression d’huile sur une surface de commande et pivoter en sens inverse de la force du ressort de commande. Un tube d’admission de forme spéciale assure l’aspiration de l’huile moteur dans le carter d’huile, même en cas d’accélération transversale importante du véhicule.
Régulation de pression d’huile
Le pompe à huile fonctionne avec deux niveaux de pression, commutés en fonction du régime moteur.
• Niveau de pression inférieur : Pression d’huile 1,8 à 2,0 bars
• Niveau de pression supérieur : Pression d’huile 3,8 à 4,2 bars
Dans la plage des bas régimes, la vanne de régulation de pression d’huile N428 sous tension (borne 15) est mise à la masse par le calculateur du moteur et libère le conduit d’huile commuté sur le piston de commande. La pression d’huile agit sur la surface de commande. La force en résultant est supérieure à celle du ressort de commande et fait pivoter la bague de réglage dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans le centre de la pompe à palettes, ce qui réduit la chambre de refoulement entre les palettes.
Le niveau de pression inférieur est activé en fonction de la charge moteur, du régime moteur, de la température d’huile et d’autres paramètres de service, ce qui entraîne une diminution de la puissance d’entraînement de la pompe à huile.
Dans la plage de régime supérieure ou à charge élevée (accélération à pleine charge), la vanne de régulation de pression d’huile N428 est déconnectée du raccord de masse par le calculateur du moteur J623, si bien qu’il y a mise à l’atmosphère du conduit d’huile commuté. La bague de réglage quitte à présent la position centrale et augmente l’espace de refoulement entre les différentes palettes. L’espace entre les palettes étant plus important, la quantité d’huile refoulée augmente.
Les orifices d’huile et le jeu du palier de vilebrequin opposent à ce débit volumique d’huile plus important une résistance, qui fait monter l’huile en pression. Il a ainsi été possible de réaliser une pompe à huile à régulation du débit volumique à deux niveaux de pression.
Culasse
Aperçu
La culasse du moteur TDI à 3 cylindres est réalisée en aluminium et se base dans ses grandes lignes sur celle qui équipe la gamme de moteurs EA288.
Composants
Commande des soupapes
Les composants de la distribution ont été repris sans modification. En comparaison des moteurs à 4 cylindres de la gamme EA288, le moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l ne possède toutefois pas de répartition des soupapes en étoile inversée. Sur ce moteur, la répartition est en étoile symétrique, les soupapes d’admission se trouvant côté admission et les soupapes d’échappement côté échappement.
Un bon remplissage est obtenu grâce à l’architecture des soupapes disposées parallèlement et un canal d’admission optimisé au niveau des pertes de pression. Un effet de turbulence optimal dans la chambre de combustion a pu être réalisé à l’aide d’une tubulure d’admission à longueur variable et d’un chanfrein de turbulence du siège dans le canal d’admission.
Canaux de liquide de refroidissement
En vue d’une augmentation de la dissipation de chaleur dans la zone voisine de la chambre de combustion, la chemise de liquide de refroidissement a été subdivisée en un noyau inférieur et un noyau supérieur. La partie inférieure du canal de refroidissement est reliée à la partie supérieure par un orifice calibré. L’avantage en est que le liquide de refroidissement est refoulé plus rapidement via les plaques de la chambre de combustion (zone des soupapes) que dans la partie supérieure.
L’apport de chaleur dans la culasse peut ainsi être réduit. La culasse possède un refroidissement à flux transversal. Cela revient à dire que le liquide de refroidissement parvient côté échappement vers le haut dans la culasse puis la traverse transversalement en direction du côté admission.
Module d’arbres à cames
La culasse est constituée de deux éléments, le cadre de paliers avec arbres à cames intégrés (module de distribution intégré) et la culasse avec ses éléments.
Les tubes d’arbre à cames sont fixés dans un dispositif et les blocs multicames déjà meulés et chauffés ainsi que la cible sont maintenus en position correcte par une cassette d’insertion dans le cadre de paliers.
Ensuite, les tubes d’arbres à cames déjà dotés des embouts et refroidis sont guidés à travers les paliers du cadre. Après compensation de température des composants, les deux arbres à cames sont montés, indissociables, dans le module de distribution intégré. Ce procédé autorise une exécution très rigide des paliers d’arbres à cames, allant de pair avec un poids très faible. En vue d’une optimisation de la friction, un roulement à aiguilles est monté côté entraînement de l’arbre à cames.
Alimentation en air et suralimentation
Guidage d’air
L’air d’admission chemine depuis le filtre à air côté suralimentation du compresseur, du radiateur d’air de suralimentation, de l’unité de commande de papillon et arrive via la tubulure d’admission avec volets de turbulence dans les canaux d’admission avec soupapes d’admission dans la chambre de combustion.
Refroidissement de l’air de suralimentation
Le moteur 3 cylindres possède, comme le moteur TDI de 1,6 l/2,0 l (EA288) un radiateur d’air de suralimentation refroidi par liquide. Pour des raisons techniques de construction, il a dû être monté côté boîte sur la culasse.
Le radiateur d’air de suralimentation se compose de 7 tubes plats en aluminium disposés horizontalement. Pour réaliser une dissipation optimale de la chaleur dans le liquide de refroidissement, des tôles de turbulence et estampages équipent les tubes plats. Les deux transmetteurs, le transmetteur de température de l’air d’admission G42 et le transmetteur de température d’air de suralimentation en aval du radiateur d’air de suralimentation G811, comparent les valeurs de consigne/valeurs réelles de l’air de suralimentation. Si la température réelle en aval du radiateur d’air de suralimentation est supérieure à la température de consigne, la pompe de refroidissement de l’air de suralimentation V188 est pilotée en fonction des besoins par le calculateur du moteur.
Suralimentation
Le module de collecteur d’échappement se compose du collecteur d’échappement, du turbocompresseur intégré dans le collecteur d’échappement ainsi que du point d’introduction du recyclage des gaz d’échappement basse pression.
Il est fait appel à un turbocompresseur à géométrie variable de la turbine (VTG) à commande pneumatique avec capteur de position. Le calculateur du moteur reçoit du transmetteur de position de l’actionneur de pression de suralimentation G581 implanté dans l’actionneur de pression de suralimentation une rétrosignalisation sur la position des aubes directrices.
Le prélèvement du recyclage des gaz d’échappement n’a pas lieu au niveau du carter de turbine, mais de la sortie du filtre à particules. Le turbocompresseur peut ainsi être exploité dans des plages à rendement élevé. Durant la charge partielle, notamment, des pressions de suralimentation élevées et donc des remplissages des cylindres importants sont possibles. Un avantage en est la puissance frigorifique plus élevée du système de recyclage des gaz d’échappement, qui entraîne une réduction de la température du mélange d’air frais et de recyclage des gaz. La lubrification et le refroidissement des paliers sont assurés par l’huile moteur.
Tubulure d’admission avec volets de turbulence
Un effet de mouvement tourbillonnaire optimal dans la chambre de combustion a pu être obtenu à l’aide de la tubulure d’admission à géométrie variable, d’une géométrie adaptée de l’admission ainsi que du chanfrein de turbulence du siège à l’extrémité inférieure de la soupape d’admission.
Canaux d’admission
Recyclage des gaz d’échappement
Recyclage des gaz d’échappement à double circuit
Le moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l possède un système de recyclage des gaz d’échappement à double circuit, composé d’un recyclage des gaz d’échappement haute pression et d’un recyclage des gaz d’échappement basse pression.
Recyclage des gaz d’échappement haute pression
Les gaz d’échappement sont prélevés directement sur le collecteur d’échappement via un canal externe et acheminés, non refroidis, via le servomoteur de recyclage des gaz d’échappement V338 jusque dans le tuyau d’air de suralimentation.
Les gaz d’échappement chauds réchauffent l’air de suralimentation et sont acheminés avec lui dans les cylindres via la tubulure d’admission.
Les gaz d’échappement brûlants acheminés provoquent un réchauffage rapide du module de dépollution des gaz d’échappement et le rendent plus rapidement prêt à fonctionner. Le recyclage haute pression des gaz d’échappement est essentiellement actif durant la phase de réchauffage du moteur. Le taux de recyclage des gaz d’échappement haute pression est régulé par le calculateur du moteur via le servomoteur de recyclage des gaz d’échappement V338.
Recyclage des gaz d’échappement basse pression
Les gaz d’échappement recyclés arrivent en aval du filtre à particules via un tamis (les particules de suie sont retenues), en passant par le radiateur de recyclage des gaz d’échappement refroidi par liquide, à la soupape de recyclage des gaz d’échappement. De là, les gaz d’échappement refroidis sont amenés en amont du compresseur du turbocompresseur, mélangés optimalement à l’air de suralimentation et acheminés dans le radiateur d’air de suralimentation, où l’air de suralimentation comprimé arrive dans la ligne de la tubulure d’admission.
Pour pouvoir exploiter le recyclage des gaz d’échappement basse pression sur toute la plage cartographique, le flux de gaz d’échappement total venant du filtre à particules est retenu de façon définie par un volet de gaz d’échappement à moteur électrique. Le taux de recyclage des gaz d’échappement dépend de la différence de pression entre les côtés d’échappement et d’admission.
Comme cette différence de pression varie en fonction de l’état de charge du moteur, il faut la réguler. Cela s’effectue par l’interaction de la soupape de recyclage des gaz d’échappement côté admission V339 et de l’unité de commande des gaz d’échappement côté échappement J883. La différence de pression peut alors augmenter ou diminuer :
• La différence de pression augmente lorsque le papillon de la soupape de recyclage des gaz d’échappement reste ouverte et que le papillon de l’unité de commande de volet de gaz d’échappement reste fermé.
• La différence de pression diminue lorsque le papillon de la soupape de recyclage des gaz d’échappement reste fermée et que le papillon de l’unité de commande de volet de gaz d’échappement reste ouvert.
Module de dépollution des gaz
Afin de réduire les émissions d’oxydes d’azote et de pouvoir réaliser les seuils exigés par la norme antipollution Euro 6, le moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l est équipé d’un catalyseur à stockage/déstockage des oxydes d’azote (catalyseur à accumulation de NOx).
Pour le stockage des oxydes d’azote contenus dans les gaz d’échappement, le catalyseur à oxydation est non seulement revêtu de platine, palladium et rhodium, mais aussi d’oxyde de baryum et joue ainsi simultanément le rôle de catalyseur à stockage/déstockage des NOx.
Un modèle de calcul gérant le stockage des oxydes d’azote et la régénération du catalyseur à stockage/déstockage des NOx est mémorisé dans le calculateur du moteur. Le modèle de calcul utilise pour cela les informations des capteurs de température des gaz d’échappement et des sondes lambda. Le filtre à particules sert également de catalyseur barrière pour l’hydrogène sulfuré généré lors du fonctionnement de la désulfuration du catalyseur à stockage/déstockage des NOx. Le filtre à particules est, dans ce but, revêtu d’un oxyde métallique.
Nota
Le module de dépollution des gaz d’échappement est vissé sur le bloc-cylindres et sur la culasse. Afin de permettre un montage sans contraintes du module de dépollution des gaz d’échappement, les supports sont dotés de trous oblongs.
Déstockage des oxydes d’azote (régénération)
Lorsque la capacité de stockage du catalyseur à stockage/déstockage des NOx est épuisée, un processus de régénération est amorcé par la gestion du moteur. La condition de la régénération du catalyseur à stockage/déstockage des NOx est un fonctionnement du moteur avec un mélange riche (λ < 1) ; les oxydes d’azote sont alors déstockés par les molécules de monoxyde de carbone présentes en grand nombre dans les gaz d’échappement riches.
Le baryum de nitrate est tout d’abord réduit en oxyde de baryum par le monoxyde de carbone, que qui entraîne la libération de dioxyde de carbone et de monoxyde d’azote. Comme le catalyseur à stockage/déstockage des NOx est revêtu de rhodium et de platine, les oxydes d’azote sont réduits en azote. Le monoxyde de carbone est oxydé pour obtenir du dioxyde de carbone.
Désulfuration
La désulfuration du catalyseur à stockage/déstockage des NOx requiert des températures des gaz d’échappement supérieures à 620 °C. Une désulfuration est généralement consécutive à une régénération du filtre à particules. La température élevée des gaz d’échappement générée lors de la régénération du filtre à particules est exploitée pour raccourcir le temps de chauffage du catalyseur à stockage/déstockage des NOx. Dès que la température des gaz d’échappement nécessaire à la désulfuration est atteinte, le moteur fonctionne alternativement avec un mélange riche et un mélange pauvre.
Durant le fonctionnement avec excédent de carburant, le soufre (SO) est déstocké sous forme de dioxyde de soufre (SO2) et d’hydrogène sulfuré (H2S). Durant les phases de fonctionnement en mode pauvre, la température des gaz d’échappement dans le catalyseur à stockage/déstockage des NOx est régulée pour éviter une sollicitation des composants par les températures excessives des gaz d’échappement. Les faibles quantités d’hydrogène sulfuré générées lors de la désulfuration sont transformées par le revêtement barrière du filtre à particules en dioxyde de soufre (SO2).
Système de refroidissement
Gestion thermique
Le moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l possède une gestion thermique, dont les objectifs sont de raccourcir la phase de réchauffage après démarrage à froid et d’envoyer la chaleur générée là où elle peut être utilisée judicieusement pour l’augmentation de l’efficience du véhicule. La réduction des frictions internes du moteur est ici primordiale. En outre, il convient de mettre rapidement à disposition des mesures de réduction des émissions et de réduire les mesures de chauffage augmentant la consommation.
Pompe de liquide de refroidissement interruptible
Sur le moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l, une pompe de liquide de refroidissement interruptible est mise en œuvre dans la gestion thermique.
Cette pompe interruptible et commutable permet de réaliser, à moteur froid, la stagnation du liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement immobile se réchauffe plus rapidement et peut amener plus efficacement le moteur à la température de fonctionnement.
Un tiroir de régulation (pot) à commande hydraulique, activé par la vanne de liquide de refroidissement pour culasse N489, est repoussé sur la roue à palettes en rotation et empêche la circulation du liquide de refroidissement.
Aperçu du système
Le circuit de refroidissement global se compose de trois sous-circuits :
• Petit circuit de refroidissement (micro-circuit)
• Grand circuit de refroidissement (circuit haute température)
• Circuit de refroidissement pour refroidissement de l’air de suralimentation (circuit basse température)
Petit circuit de refroidissement (micro-circuit, circuit de chauffage)
Lorsque le moteur est froid, la gestion thermique démarre avec le petit circuit de refroidissement. Cela garantit un réchauffage rapide du moteur et de l’habitacle. La pompe de refroidissement interruptible est activée par la vanne de liquide de refroidissement pour culasse N489. Il y a alors réalisation d’une stagnation du liquide de refroidissement dans le bloc-cylindres.
La pompe d’assistance de chauffage électrique V488 met le petit circuit de refroidissement en mouvement, en fonction de la température du liquide de refroidissement dans la culasse, avec un pilotage adapté aux besoins. Le souhait de température du conducteur est enregistré par le calculateur du climatiseur et pris en compte lors du pilotage de la pompe de liquide de refroidissement.
Grand circuit de refroidissement (haute température) – liquide de refroidissement à la température de service
Lorsque le liquide de refroidissement a atteint la température de service, le régulateur de liquide de refroidissement s’ouvre et passe dans la plage de régulation. Il s’ensuit l’incorporation du radiateur de liquide de refroidissement (radiateur d’eau principal) dans le circuit de refroidissement.
Le régulateur de liquide de refroidissement régule la température en sortie du moteur et est implanté sur l’alimentation du radiateur d’eau principal.
Circuit de refroidissement pour refroidissement de l’air de suralimentation (circuit basse température)
Pour la commande du circuit de liquide de refroidissement de l’air de suralimentation (circuit de refroidissement basse température), la température de la tubulure d’admission sert de valeur de référence.
Système d’alimentation
Le moteur TDI à 3 cylindres de 1,4 l est équipé d’un système d’injection à rampe commune de la société Delphi. Le système d’injection génère, avec une pompe haute pression monopiston, une pression d’injection maximale de 2000 bars et alimente ainsi les injecteurs avec la pression de carburant requise.
La commande est assurée comme jusqu’à présent via le calculateur du moteur avec les grandeurs d’influence :
• Charge
• Régime
• Température
Aperçu du système
Pression de préalimentation du carburant et pression de retour des injecteurs d’environ 5 à 6 bars
Haute pression du carburant environ 230 à 2000 bars
Retour du carburant de la pompe haute pression environ 0 à 1 bar
Unité de refoulement du carburant
L’unité de refoulement du carburant est montée directement dans le réservoir à carburant. La pompe à carburant (pompe de préali-mentation) G6, le clapet limiteur de pression pour alimentation en carburant ainsi que le transmetteur d’indicateur de niveau de carburant sont intégrés dans l’unité de refoulement du carburant
La pompe à carburant (de préalimentation) achemine le carburant vers la pompe haute pression. Il s’agit d’une pompe électrique à engrenage intérieur non régulée. La pression de préalimentation du carburant est réglée à environ 5,8 bars par un clapet limiteur de pression mécanique.
Pompe haute pression
La pompe haute pression monopiston de la société Delphi porte la désignation DFP 6.1E. Elle génère, en vue de l’injection, une pression maximale de 2000 bars et est entraînée par la commande à courroie crantée.
Architecture
La pompe de préalimentation en carburant G6 refoule le carburant du réservoir à carburant jusque dans le carter de la pompe haute pression. La vanne de dosage du carburant N290 montée dans la pompe haute pression régule le débit de carburant requis en fonction de la charge et du régime pour la plage haute pression.
Le piston de pompe est actionné via un arbre d’entraînement à double came et un galet. Le galet assure une transmission pratiquement exempte de frottements.
Injecteurs
Les injecteurs à 7 trous de la société Delphi portent la désignation DFI 1.20 et se caractérisent par une pression d’injection de max. 2000 bars. Pour réaliser un temps de commutation plus rapide de l’injecteur, il a été fait appel à une bobine magnétique plus puissante. La bobine magnétique permet d’assurer une régulation précise de la durée d’injection, du début d’injection et du débit des cycles d’injection.
La commande est assurée par le calculateur du moteur. Les caractéristiques techniques sont les suivantes :
• Clapet de commutation optimisé avec bobine magnétique plus puissante
• Diamètre réduit de l’aiguille d’injecteur
• Optimisation du siège de l’aiguille
Pilotage des phases d’injection
Il y a une différence entre les phases d’injection dans le cas de l’injection en mode de fonctionnement normal du moteur et l’injection en mode de régénération du filtre à particules et du catalyseur de stockage/déstockage des oxydes d’azote.
Phases de l’injection en mode normal et de régénération
Fonctionnement normal
En mode normal, les injecteurs fonctionnent avec 3 injections maximum :
• 1 à 2 pré-injections et une injection principale.
Mode de régénération
En mode de régénération, jusqu’à 6 injections sont effectuées :
• Durant la phase de réchauffage, l’injection se compose de 2 pré-injections, d’une injection principale et de 2 post-injections consécutives à l’injection principale.
• Durant la phase de régénération, l’injection se compose de 2 pré-injections, d’une injection principale, de 2 post-injections consécutives à l’injection principale et d’une post-injection plus tardive.
Nota
Ces post-injections génèrent une exothermie1), qui est libérée via le catalyseur d’oxydation.
Ainsi, durant la régénération du filtre à particules, jusqu’à 6 injections partielles par cycle de combustion sont réalisées dans de larges plages cartographiques.
1) Exothermie :
il se produit ici une réaction chimique sur la surface du catalyseur d’oxydation, qui apporte une chaleur supplémentaire dans les gaz d’échappement.
Gestion moteur
Aperçu du système (Audi A1 millésime 2015)
Capteurs
Système d’échappement
Le système d’échappement satisfaisant à la norme antipollution Euro 6 (W) comprend les composants suivants :
• Collecteur d’échappement avec turbocompresseur à gaz d’échappement intégré
• Module de dépollution des gaz d’échappement avec catalyseurs d’oxydation et à stockage/déstockage des oxydes d’azote ainsi que filtre à particules revêtu
• Unité de commande de volet de gaz d’échappement J883
• Silencieux à réflexion
Aperçu
(Audi A1 millésime 2015)
Unité de commande de volet de gaz d’échappement J883
Pour pouvoir exploiter le recyclage des gaz d’échappement basse pression sur toute la plage cartographique, le flux de gaz d’échappement total venant du filtre à particules est retenu de façon définie par un volet de gaz d’échappement à moteur électrique. Le taux de recyclage des gaz d’échappement dépend de la différence de pression entre le côté échappement et le côté admission.
]]>Le moteur Audi CHZB 3 cylindres TFSI 1,0 l gamme EA211
Le nouveau moteur 3 cylindres TFSI de 1,0 l représente chez Audi le niveau d’évolution suivant de la famille de moteurs EA211.
Après a été initialement mis en œuvre sur la VW Polo, le moteur développé chez VW à Wolfsburg constitue la motorisation d’entrée de gamme de l’Audi A1 millésime 15. Il remplace le moteur de 1,2 l de la gamme EA111. Sa puissance a été augmentée et sa consommation de carburant réduite par rapport à ce dernier. Il satisfait aux critères de la norme antipollution Euro 6.
Si on le compare au moteur 1,2 l de la même famille de moteurs, on constate un allègement d’environ 15 kg du nouveau moteur. Le frottement interne a également pu être réduit.
Pour sa première mise en œuvre, la puissance du moteur est de 70 kW (95 ch). D’autres catégories de puissance seront proposées ultérieurement.
Il est également prévu d’équiper les modèles Audi A3 de ce moteur.
Il s’agit de la première utilisation d’un moteur à essence à 3 cylindres chez Audi. Des moteurs à 3 cylindres avaient bien été proposés du temps d’Auto Union. Mais il s’agissait de moteurs à deux temps. La dernière voiture particulière de série à être dotée de ces moteurs était la DKW F 102. Elle a été produite jusqu’en 1966. Son moteur présentait une cylindrée de 1,2 l et une puissance de 44 kW (60 ch). Des moteurs de ce type ont été montés jusqu’en 1988 sur la Wartburg 353 dans l’ancienne RDA.
La description technique du moteur se réfère ici à l’Audi A1.
Objectifs pédagogiques du dossier :
Le présent dossier décrit la conception et le fonctionnement du moteur TFSI à 3 cylindres de 1,0 l, il permet de répondre aux questions suivantes :
• Comment fonctionne la mécanique moteur ?
• Comment sont conçus le graissage, le refroidissement, la suralimentation, le système d’alimentation, l’injection, l’échappement et l’allumage ?
Sommaire
Introduction
Mécanique moteur
Alimentation en huile
Système de refroidissement
Alimentation en air et suralimentation
Système d’alimentation
Gestion moteur
Service
Annexe
Introduction
Description technique succincte
• Moteur à essence à injection directe à 3 cylindres en ligne
• Suralimentation par turbocompresseur avec refroidissement indirect de l’air de suralimentation
• 4 soupapes par cylindre, 2 arbres à cames en tête (DOHC), culbuteur à galet
• Un arbre à cames d’admission et un arbre à cames d’échappement
• Gestion moteur Bosch
• Catalyseur à fond céramique avec fonctions de chauffage du catalyseur via double injection (Homogen Split)
• Injection directe électronique intégrale avec accélérateur à commande électrique
• Entraînement par courroie crantée
• Start-stop / gestion de la récupération de l’énergie au freinage
Renvoi
Caractéristiques techniques
Courbe de couple et de puissance
Mécanique moteur
Conception modulaire
Le moteur 3 cylindres reprend la conception modulaire éprouvée qui caractérise tous les moteurs de la famille EA211. La figure suivante montre les principaux groupes de modules.
Recyclage des gaz de carter et dégazage du carter-moteur, système de filtre à charbon actif
Le principe de fonctionnement des moteurs à 4 cylindres EA211 a été repris ici.
Bloc-cylindres et carter d’huile
Le bloc-cylindres est réalisé en aluminium, par procédé de coulée sous pression. Il s’agit d’une conception open deck ↗.
Les chemises de cylindre sont en fonte grise. Elles sont réalisées simultanément durant la procédure de coulée du bloc-cylindres. Leur surface extérieure est rugueuse.
Cela augmente la surface et optimise la transition thermique. Il en résulte également un meilleur maintien des douilles dans le bloc-cylindres.
Les surfaces de glissement des chemises de cylindre sont honées au jet de fluide en quatre étapes. Pour éviter des déformations des cylindres, il est fait appel au procédé de honage simultané.
Équipage mobile
Lors du développement, les ingénieurs ont tout particulièrement veillé à la diminution des masses en mouvement et à la réduction du frottement.
Les mesures suivantes ont permis de renoncer à l’utilisation d’un arbre d’équilibrage sans que l’excellent confort de roulage n’en souffre :
• Faible poids des bielles forgées et des pistons en aluminium grâce à la conception plate de la tête de piston.
• Manetons creux du vilebrequin.
• Conception des bras de vilebrequin.
• Utilisation ciblée de masselottes d’équilibrage sur l’amortisseur de vibrations torsionnelles ainsi que sur le volant-moteur situé en face.
Cela permet une compensation à100 % des masses en rotation et à 50 % des masses oscillantes.
Les paliers principaux et les paliers de tête de bielle de faible dimension assurent une réduction supplémentaire des pertes par frottement.
Entraînement par courroie crantée
L’entraînement par courroie crantée est sans entretien.
Cela a été rendu possible par les pignons d’arbre à cames triovales. Ils éliminent presque entièrement les forces générées et assurent un fonctionnement silencieux de la courroie crantée.
La force de serrage du galet-tendeur automatique a ainsi pu être réduite. Le frottement généré s’en trouve réduit. Cela se traduit par une meilleure stabilité du système et une consommation plus faible.
La vérification du point mort haut du vilebrequin peut être effectuée, sur le moteur TFSI de 1,0 l, au niveau des repères de l’amortisseur de vibrations et du couvercle de carter de courroie crantée. Jusqu’à présent, la position de PMH devait, sur les moteurs de la famille EA211, être vérifiée avec l’outil T10340.
Sur le moteur 3 cylindres, il faudrait pour cela démonter l’arbre de transmission. La marche à suivre détaillée pour le réglage et la vérification du calage de la distribution est décrite dans le Manuel de Réparation actuel.
Culasse
La fabrication en alliage d’aluminium fait appel à un procédé de moulage en coquille basculant, qui est suivi d’un traitement thermique. Cela permet d’obtenir une qualité d’assemblage particulièrement élevée.
Comme sur les moteurs 4 cylindres TFSI de la famille EA211, le collecteur d’échappement est, sur les moteurs 3 cylindres, intégré dans la culasse. Il y est entouré de sa propre chemise de liquide de refroidissement.
Les canaux d’admission ont été optimisés par rapport aux moteurs TFSI à 4 cylindres. Cela a permis d’améliorer le mouvement tourbillonnaire ainsi que la vitesse de refoulement, ce qui se traduit par une amélioration du conditionnement du mélange.
Avantages par rapport aux collecteurs classiques :
• Court trajet des gaz d’échappement vers la turbine du turbocompresseur.
• Apport de chaleur plus rapide dans le liquide de refroidissement après démarrage à froid.
• Pertes thermiques au niveau des parois plus faibles.
• Réchauffement plus rapide du moteur, d’où réduction du frottement du moteur en phase de réchauffage.
• Réchauffement plus rapide de l’habitacle.
La définition de l’angle de siège de soupape garantit la résistance à l’usure en cas d’utilisation de carburants de remplacement, tels que des carburants à teneur en éthanol plus élevée.
Si les guides de soupape sont usés, il faut remplacer la culasse. Les soupapes et sièges de soupape ne doivent pas être usinés, mais seulement rodés.
Module de commande des soupapes
Comme sur tous les moteurs de la famille EA211, les arbres à cames sont, dans le module de commande des soupapes, logés dans le couvre-culasse en aluminium coulé sous pression.
Tous les éléments des arbres à cames sont montés de manière fixe en faisant appel à un procédé de fabrication spécial. Les deux roulements à billes rainurés sont, pour terminer, montés côté commande. Les autres paliers d’arbre à cames sont des paliers lisses.
Alimentation en huile
Introduction
La réduction du frottement dans l’ensemble du moteur a permis d’utiliser une pompe à huile ayant un débit de refoulement plus faible. La réduction de la puissance absorbée de la pompe se traduit par un potentiel d’économie supplémentaire.
L’huile-moteur n’est pas non plus autant sollicitée du fait du débit de circulation réduit.
L’utilisation d’une pompe à huile à régulation cartographique en continu constitue une nouveauté.
Circuit d’huile
La pompe à huile aspire l’huile-moteur via une conduite d’aspiration en matière plastique dans le carter d’huile.
L’huile sous pression générée par la pompe à huile parvient d’abord, en passant par le bloc-cylindres, au filtre à huile fixé sur le carter d’huile. De là, elle est acheminée via le radiateur d’huile à la galerie d’huile principale, où elle est répartie en direction des paliers principaux et des paliers de tête de bielle ainsi que, via une conduite ascendante, du côté de la commande de distribution dans la culasse. À ce niveau, 2 galeries alimentent les culbuteurs à galet en huile. Au début des deux galeries, dans la culasse, des orifices assurent l’alimentation en huile des variateurs de calage d’arbre à cames.
L’alimentation du turbocompresseur est assurée par un tuyau. Il est relié côté boîte de vitesses au bloc-cylindres. L’huile sous pression provient d’un orifice du dernier palier principal.
Les injecteurs de refroidissement des pistons sont également reliés à la galerie d’huile principale. Ils sont conçus pour s’ouvrir à partir d’une pression d’huile d’environ 2 bars. Si la pression d’huile est inférieure à une valeur de 1,7 bar, les injecteurs sont refermés sous l’effet de la force du ressort.
Aucun clapet antiretour n’est monté, sur l’ensemble du moteur, pour le circuit d’huile. Le filtre à huile Spin On ↗ possède toutefois une membrane antiretour. Ainsi, toutes les zones situées en aval du filtre à huile jusqu’à la galerie d’huile principale (conduite ascendante, radiateur d’huile) restent remplies d’huile après l’arrêt du moteur.
L’huile s’écoulant des consommateurs est réacheminée au carter d’huile via le canal de retour central dans le bloc-cylindres, situé du côté chaud du moteur. La conduite de retour du turbocompresseur est également bridée de l’extérieur sur ce canal de retour du bloc-cylindres.
Nota
Durant les 1000 premiers kilomètres, le moteur fonctionne avec une pression d’huile surélevée. Cette mesure sert de protection durant le rodage. En cas de montage d’un moteur neuf, cette fonction doit être réactivée à l’aide du lecteur de diagnostic. C’est pour cela qu’il existe, par ex. dans l’adaptation, la position « pression d’huile pour rodage du moteur ».
Aperçu du circuit d’huile
Régulation de pression d’huile
C’est la première fois qu’il est fait appel chez VW, et donc chez Audi, à une pompe à huile à régulation cartographique.
Elle génère la pression d’huile en continu et en fonction des besoins. Elle est régulée via un circuit hydraulique et un circuit électrique.
Comparaison des différentes stratégies de régulation
Fonctionnement de la régulation
De l’huile sous pression est dérivée de la galerie d’huile principale du bloc-cylindres. Cette huile est acheminée via la vanne de régulation de pression d’huile N428 dans la chambre, par la bague de guidage tarée par ressort pivotante de la pompe à huile. Le pilotage de la vanne N428 est assuré via le calculateur du moteur par un signal MLI ↗. Suivant le pilotage, la vanne N428 ouvre plus ou moins le canal via la bague de guidage de la pompe à huile.
La bague de guidage se déplace dans le sens opposé à la force du ressort de pression et modifie l’intérieur de la pompe, si bien que cette dernière refoule moins d’huile.
Au fur et à mesure que le régime moteur augmente, les besoins en huile du moteur augmentent. Ce besoin est couvert par augmentation de la pression d’huile.
Les besoins d’huile pour la lubrification sont calculés dans la cartographie. Il est fait appel, pour le calcul et la surveillance de la pression d’huile, aux valeurs des capteurs suivants :
• Transmetteur de niveau et de température d’huile G266 (calcul de la viscosité)
• Transmetteur de pression d’huile G10
Diminution du débit de refoulement d’huile et de la pression d’huile
• La vanne de régulation de pression d’huile N428 est pilotée par le calculateur du moteur via un signal MLI et une plus grande largeur d’impulsion. Une section plus importante de la conduite d’alimentation en direction de la chambre de commande est ainsi libérée.
• La pression d’huile agit sur la surface de commande de la pompe à huile.
• La force en résultant est supérieure à celle du ressort de commande et fait pivoter la bague de réglage dans le sens des aiguilles d’une montre dans le centre de la pompe à palettes. La chambre de refoulement côté admission et refoulement diminue et, selon la compression des ressorts de commande, moins d’huile est refoulée dans le circuit d’huile. Le débit d’huile et la pression d’huile diminuent.
Débit de refoulement d’huile et pression d’huile faibles
L’huile agit sur la surface de commande de la bague de réglage
Transmetteur de pression d’huile G10
La surveillance de la pression d’huile à l’aide d’un contacteur de pression d’huile n’est pas suffisante pour la fonction de régulation de la pression d’huile en continu. C’est pourquoi il est fait ici appel à un transmetteur de pression d’huile. Le transmetteur de pression d’huile G10 mesure toute la plage de pression d’huile. Il est vissé dans la culasse, à proximité de la tubulure d’admission et de l’alternateur.
Le signal de pression du transmetteur est évalué dans l’électronique du capteur et délivré au calculateur du moteur via le protocole SENT ↗. La pression d’huile peut être affichée dans la valeur de mesure correspondante ([IDE02742]_Oil Pressure Actual Value).
Vanne de régulation de pression d’huile N428
Un conduit d’huile est ouvert lors du pilotage par le calculateur du moteur de l’électrovanne proportionnelle (distributeur hydraulique 3/2) vissée dans le carter de pompe à huile. L’huile sous pression en provenance de la galerie d’huile principale peut ainsi parvenir dans la chambre de la pompe (chambre de commande), où se trouve la surface de commande de la bague de réglage. Une pression d’huile s’établit alors.
La bague de réglage se déplace en s’opposant à la force du ressort de commande et réduit ainsi la chambre de refoulement de la pompe. Le débit de refoulement de la pompe diminue, ainsi que la pression d’huile. Le calculateur du moteur utilise un signal MLI (200 Hz) pour le pilotage de la vanne N428. La section du conduit d’huile allant à la chambre de pompe varie en fonction du rapport d’impulsions (entre 20 et 80 %).
Fonction Fail-Safe
En cas de défaillance électrique de la vanne de régulation de pression d’huile N428 ou en présence d’un défaut dans la liaison par câbles, la pompe à huile fonctionne avec le refoulement maximal. Ainsi, une pression d’huile suffisante est toujours mise à la disposition du moteur.
Dans le cas de la fonction Fail-Safe, la pression d’huile générée est régulée mécaniquement par la vanne N428 à 4,5 bars (pression relative). Cette mesure est nécessaire, car l’augmentation de pression serait trop importante à moteur froid, en raison de la viscosité plus élevée de l’huile-moteur.
Régulation de la pression d’huile avec la fonction Fail-Safe
Si, en cas de défaut, la vanne N428 n’est plus pilotée électriquement, la fonction fait passer la pompe en mode « débit de refoulement maximal ».
À l’état non alimenté en courant, le piston de régulation est repoussé mécaniquement par le ressort de pression, de manière que le canal d’alimentation allant à la chambre de commande de la pompe soit fermé. Le piston de régulation possède 2 surfaces de piston distinctes ; il en résulte une surface annulaire. Lors de l’application d’une pression d’huile, il y a génération d’une force agissant à l’encontre du ressort de pression.
À une pression d’huile d’environ 4,5 bars (pression relative, valable pour une température de l’huile de 120 °C), le piston ouvre le by-pass et de l’huile est refoulée par la vanne de réglage dans la chambre de commande de la pompe à huile. La bague de réglage de la pompe à huile est déplacée en direction du refoulement minimal. La pompe à huile refoule alors moins d’huile et l’augmentation ultérieure de la pression d’huile dans le moteur est limitée. Si le seuil minimal n’est pas atteint, le voyant « bidon d’huile rouge » s’allume dans le combiné d’instruments. Le conducteur est invité à couper le moteur.
Diagnostic
La vanne de régulation de pression d’huile et le transmetteur de pression d’huile sont surveillés par le calculateur du moteur. Si des erreurs de plausibilité ou des défauts électriques se produisent, ils sont enregistrés dans la mémoire d’événements. En outre, à partir des versions logicielles du calculateur du moteur 2166 et 2256, le témoin EPC est activé dans le combiné d’instruments. Des programmes de contrôle correspondants sont mémorisés dans l’Assistant de dépannage.
Le pilotage de la régulation de pression d’huile peut être observé sous « Lecture des valeurs de mesure ». Une valeur de mesure importante est celle du transmetteur de pression d’huile (Oil P p Val Sent Snsr). Sa plausibilité peut par ex. être comparée avec la valeur de la pression de l’air ambiant à l’arrêt du moteur (version logicielle du calculateur du moteur 2054).
Système de refroidissement
Introduction
Le fonctionnement du refroidissement du moteur et de la thermogestion est dérivé pour l’essentiel des moteurs existants de la famille EA211.
Le circuit de liquide de refroidissement complet se subdivise en un circuit basse température et un circuit haute température.
Circuit basse température
Le circuit de refroidissement basse température est commandé en fonction des besoins à l’aide de la pompe de refroidissement de l’air de suralimentation V188. Le refroidissement de l’air de suralimentation ainsi que le turbocompresseur sont intégrés dans ce circuit. Lors de l’arrêt du moteur chaud, la fonction de recirculation de la pompe est activée pour garantir la protection des composants.
Circuit haute température
Le refroidissement du moteur est assuré par la pompe de liquide de refroidissement montée dans le module de pompe de liquide de refroidissement. Son entraînement est assuré par des courroies crantées sans entretien, via l’arbre à cames d’échappement.
Circulation du liquide de refroidissement
Petit circuit de refroidissement
La pompe entraînée mécaniquement pompe le liquide de refroidissement via un canal de liaison dans la culasse en direction de la galerie d’eau dans le bloc-cylindres. De là, le flux principal est acheminé via le joint de culasse dans la culasse. Il arrive au refroidissement à flux transversal des chambres de combustion ainsi qu’au 2e flux de refroidissement, parallèle, destiné au refroidissement du collecteur d’échappement intégré.
Les deux flux partiels se rejoignent en amont du boîtier de thermostat et s’écoulent dans la chambre de mélange en amont du thermostat 1 de la culasse. Celui-ci s’ouvre à une température supérieure à 80 °C et le liquide de refroidissement traverse l’échangeur de chaleur du système de chauffage. Cette température est le meilleur compromis entre la diminution du frottement d’une part et un rendement optimisé de l’allumage et une tendance minimale au cliquetis de l’autre.
Grand circuit de refroidissement
Le liquide de refroidissement traverse directement le radiateur d’huile-moteur au début de la galerie. En amont du cylindre 1, il est à nouveau refoulé dans la galerie du bloc-cylindres. C’est là que commence le circuit de liquide de refroidissement du bloc-cylindres. Le liquide de refroidissement s’écoule en passant le long des cylindres et via un canal de liaison en amont du thermostat 2 de la culasse.
Durant la phase de réchauffage du moteur, la stagnation du liquide de refroidissement est réalisée dans le bloc-cylindres. À partir de 105 °C, le thermostat 2 de la culasse s’ouvre et permet le refoulement du liquide de refroidissement dans la chambre de mélange en amont du thermostat 1 de la culasse. Simultanément, il régule le débit de liquide de refroidissement refoulé par le radiateur de liquide de refroidissement.
Aperçu du système
Régulateur de liquide de refroidissement
Le régulateur de liquide de refroidissement est intégré dans le module de pompe de liquide de refroidissement. 2 thermostats se trouvent dans le boîtier du régulateur de liquide de refroidissement. Il s’agit de thermostats à élément en cire présentant des définitions de température différentes. Les deux thermostats peuvent être remplacés individuellement.
Thermostat 1
C’est le thermostat principal, assurant la régulation de la quantité de liquide de refroidissement refoulée par le radiateur principal. Le début d’ouverture se situe à une température du liquide de refroidissement de 80 °C.
Thermostat 2
Il s’ouvre à 105 °C et libère la voie du liquide de refroidissement réchauffé du bloc-cylindres au radiateur. Le circuit de liquide de refroidissement intégral est ouvert.
Pompe de liquide de refroidissement
La pompe de liquide de refroidissement est intégrée dans le module de pompe de liquide de refroidissement. Le module complet est vissé sur la culasse. L’étanchement par rapport aux conduits de liquide de refroidissement est réalisé par des joints en caoutchouc. Un joint est monté entre le carter de la pompe de liquide de refroidissement et la culasse, le deuxième joint est implanté entre la pompe de liquide de refroidissement et le boîtier de thermostat.
La pompe de liquide de refroidissement est entraînée via une courroie crantée distincte par l’arbre à cames d’échappement. Cet entraînement par courroie crantée se trouve côté sortie de l’arbre d’entraînement du moteur et ne nécessite aucun entretien. Il doit cependant être remplacé en cas de desserrage de la pompe de liquide de refroidissement.
Alimentation en air et suralimentation
Aperçu
Comme sur tous les moteurs de la famille EA211, l’alimentation en air se caractérise essentiellement par un circuit d’air de suralimentation court. Du fait du faible volume d’air de suralimentation entre le turbocompresseur et les chambres de combustion, l’établissement de la pression de suralimentation est très rapide. C’est pourquoi ces moteurs présentent un comportement en réponse très spontané.
Turbocompresseur
Le turbocompresseur est vissé directement sur la sortie du collecteur d’échappement intégré à la culasse. En raison de la faible distance par rapport à la turbine Single Scroll, la déperdition de chaleur des gaz d’échappement est très faible. Les matériaux du turbocompresseur sont soigneusement harmonisés pour ces comportements.
Le turbocompresseur, de taille relativement petite, présente en raison de son faible dimensionnement de faibles couples d’inertie de masse et donc un bon rendement. La régulation de la pression de suralimentation est assurée par un actionneur waste-gate. Dans la famille de moteurs EA211, le moteur 3 cylindres TFSI de 1,0 l est celui qui présente la pression de suralimentation la plus élevée.
Particularités techniques
• Carter en fonte d’acier austénitique ↗ résistant à la chaleur (autorisant des températures des gaz d’échappement pouvant atteindre 1050 °C)
• Alliage à base de nickel de la turbine
• Actionneur de pression de suralimentation à commande électrique, remplaçable individuellement (tenir compte du Manuel de Réparation et de l’Assistant de dépannage)
• Pression de suralimentation max. de 1,6 bar (pression relative)
• Pas de vanne d’air recyclé en décélération
Actionneur de pression de suralimentation V465
Fonction
L’actionneur est piloté par le calculateur du moteur à l’aide d’un signal MLI. Une fréquence de base de 1000 Hz est appliquée. Le calcul en vue du pilotage s’effectue sur la base d’une cartographie. Pour réaliser la position correcte de l’actionneur, la position actuelle doit être enregistrée. C’est la tâche du transmetteur de position de l’actionneur de pression de suralimentation G581 (transmetteur de Hall) monté sur le pignon de sortie de l’entraînement rotatif. Il délivre au calculateur du moteur un signal de tension analogique servant au calcul de la position du volet de by-pass.
Après initialisation (adaptation) de l’actionneur, les butées du volet de by-pass sont « apprises ». L’actionneur est ainsi en mesure de fonctionner très rapidement et d’être simultanément soumis à une usure aussi faible que possible. Dans cet objectif, il y a freinage électrique via signal MLI juste avant d’atteindre les butées mécaniques et la butée électrique calculée est atteinte.
Possibilités de diagnostic avec le lecteur de diagnostic
Il est possible de réaliser un réglage ou une adaptation de l’actionneur de pression de suralimentation à l’aide de l’Assistant de dépannage ou des Fonctions assistées.
Il n’est pas possible de régler l’actionneur de pression de suralimentation au niveau de la biellette d’accouplement. En cas de remplacement de l’actionneur de pression de suralimentation par le Service Après-vente, la biellette d’accouplement reste sur le turbocompresseur et n’est pas remplacée. C’est pourquoi un réglage de la biellette n’est pas nécessaire et serait erroné. En cas d’intervention SAV, il suffit de procéder à l’adaptation du nouvel actionneur de pression de suralimentation.
Une adaptation doit être effectuée si :
• L’actionneur de pression de suralimentation a été remplacé.
• Un autre actionneur de pression de suralimentation a été monté en raison du montage d’un autre moteur.
• Le calculateur du moteur a été remplacé.
• Les valeurs autoadaptatives du calculateur du moteur ont été effacées.
Le calculateur du moteur « apprend » avec le contact d’allumage mis et le moteur arrêté différentes positions de l’actionneur de pression de suralimentation. Ces positions sont mémorisées dans le calculateur du moteur.
Valeurs de mesure importantes
Système d’alimentation
Le moteur 3 cylindres TFSI de la famille de moteurs EA211 est le premier moteur pour lequel une pression d’injection maximale de 250 bars est réalisée.
Cette mesure se traduit par une nouvelle amélioration substan-tielle des émissions polluantes.
Aperçu du système
Alimentation en carburant
L’alimentation en carburant sans retour est assurée par une pompe à carburant électrique dans le réser à carburant. La pression du carburant calculée par le calculateur du moteur est réglée sur la base de la cartographie par le calculateur de pompe à carburant J538.
Il n’y a donc pas de transmetteur de pression de carburant dans le circuit basse pression. Le refoulement du carburant est toujours réglé de sorte qu’une quantité suffisante de carburant soit disponible. Il ne doit pas y avoir de formation de bulles de vapeur dans le système d’alimentation en carburant.
Système haute pression
Tous les composants du système haute pression ont dû être adaptés aux rapports de pression plus élevés.
La pompe haute pression de la société Hitachi est entraînée via une triple came par l’arbre à cames d’admission.
L’injection haute pression est assurée par des injecteurs magnétiques à 5 trous. Le jet a été optimisé de façon à obtenir un conditionnement du mélange homogène.
Des quantités de carburant minimales peuvent être injectées du fait de la définition autorisant une pression élevée.
Jusqu’à 3 injections sont réalisées en fonctionnement à charge partielle et à pleine charge. Une injection multiple a également lieu durant la phase de réchauffage du catalyseur. Les quantités injectées requises sont calculées dans le calculateur du moteur. L’activation s’effectue avec 65 V.
La rampe est réalisée en acier inoxydable. Son épaisseur de paroi a été adaptée à la pression. L’appui sur la culasse a également été renforcé du fait des rapports de pression plus élevés.
La pression d’ouverture de la vanne de limitation de pression dans la pompe haute pression est de l’ordre de 290 bars.
Allumage
Les bobines d’allumage sont disposées au-dessus des bougies d’allumage. Elles sont vissées sur le couvre-culasse.
La conception des bougies d’allumage est telle que l’électrode de masse doit être positionnée exactement dans la chambre de combustion. Cela est indispensable pour permettre une déviation optimale de l’étincelle d’allumage dans la plage du mélange inflammable et la formation d’un noyau de flamme stable. C’est pourquoi il faut impérativement tenir compte des consignes du constructeur lors de la repose.
Renvoi
Le concept de régulation de la pompe haute pression est décrit dans le dossier « Moteur Audi TFSI de 1,8 l à 4 soupapes par cylindre, à commande par chaîne ».
Gestion moteur
Aperçu du système (Audi A1 millésime 2015)
Capteurs
Régulation lambda
La régulation lambda est assurée par 2 sondes lambda à sauts de tension. L’une est implantée en amont du catalyseur, l’autre en aval. Le calculateur du moteur utilise les signaux de la sonde lambda en amont du catalyseur G39 pour le calcul du mélange air-carburant. Les signaux de la sonde lambda en aval du catalyseur G130 servent au contrôle du fonctionnement du catalyseur et une surveillance et une adaptation éventuelle de la sonde lambda en amont du catalyseur sont effectuées.
Évaluation du signal de la sonde lambda en amont du catalyseur G39
Comme sur tous les moteurs de la famille EA211 dotés de 2 sondes lambda à sauts de tension, un régulateur lambda perma-nent est également, dans le cas du moteur 3 cylindres, intégré dans le calculateur du moteur.
Cette fonction n’évalue pas, comme jusqu’à présent, seulement le saut (régulation lambda à deux points), mais aussi le signal dans le saut.
L’adaptation du mélange a ainsi lieu très rapidement et avec une grande sensibilité. Le signal de la sonde s’inscrit donc constamment dans la plage de saut. Le comportement de régulation s’apparente alors largement à celui d’une sonde lambda à large bande.
Comparaison des images du signal de la sonde lambda à sauts de tension G39 en amont du catalyseur
Le type et le fonctionnement des sondes lambda à sauts de tension sont identiques pour les familles de moteurs EA111 et EA211.
Seule l’évaluation dans le calculateur du moteur diffère. C’est pourquoi des représentations différentes des courbes de signaux sont générées avec l’oscilloscope numérique à mémoire :
• Dans le cas d’une tension du signal de 450 mV, le coefficient lambda est de 1,0.
• Dans le cas d’une tension plus élevée, le coefficient lambda est inférieur à 1,0.
• Dans le cas d’une tension plus faible, le coefficient lambda est supérieur à 1,0.
Famille de moteurs EA111 - Image du signal de la sonde lambda à sauts de tension G39 en amont du catalyseur
Avec le régulateur lambda 2 points, le calculateur du moteur ne détecte qu’un mélange trop riche (tension du signal 800 mV environ) ou un mélange trop pauvre (tension du signal 100 mV environ).
Si le mélange est trop riche, la quantité injectée est réduite jusqu’à ce qu’un mélange trop pauvre soit constaté par la tension du signal. La quantité injectée est alors réaugmentée.
Famille de moteurs EA211 - Image du signal de la sonde lambda à sauts de tension G39 en amont du catalyseur
Sur les moteurs de la famille EA211, la représentation du signal de la sonde lambda à sauts de tension sur l’oscilloscope numérique à mémoire est quasiment linéaire.
Comme le calculateur du moteur évalue les signaux en permanence, la courbe du signal est pratiquement régulière avec une tension de signal d’environ 450 mV.
Nota
Les valeurs de tension des sondes lambda peuvent diverger en fonction des fabricants.
Service
Outils spéciaux et équipements d’atelier
Opérations de maintenance
Annexe
Glossaire
↗ Conception open deck (à tablature ouverte)
La conception open deck se caractérise par le fait que la chambre entourant le cylindre est ouverte vers le haut. Le liquide de refroidissement contenu dans cette chambre peut ainsi agir jusque dans la zone supérieure du cylindre fortement sollicitée et évacuer la chaleur générée sur toute la hauteur du cylindre. En outre, cette conception permet de limiter considérablement le gauchissement des cylindres pendant le montage de la culasse. L’inconvénient en est la rigidité réduite du bloc-cylindres. Cet effet peut être compensé par la mise en œuvre d’un joint de culasse en métal. Généralement, ce type de construction offre une grande liberté d’action pour rentabiliser le processus de fabrication des culasses.
↗ DLC
Diamond like Carbon, il s’agit ici d’un carbone amorphe, s’apparentant au diamant. Ces couches se caractérisent par de très hauts degrés de dureté et des coefficients de frottement à sec très faibles. On les reconnaît à leur surface gris foncé brillante.
↗ Écrouissage
L’écrouissage est un usinage sans enlèvement de copeaux avec des molettes de galetage. Un outil de galetage est comprimé avec une force élevée contre la pièce à usiner. Le matériau de la pièce commence alors à se déformer, suite à quoi il est refoulé. Les outils (molettes de galetage) possèdent une surface active rugueuse. Ce procédé permet d’obtenir un lissage de la surface ainsi qu’une meilleure résistance du matériau.
↗ Filtre à huile Spin-On
Dans le cas des filtres à huile Spin-On, le corps et la cartouche de filtre constituent une unité. Cette unité est remplacée intégralement lors de l’entretien.
Extérieurement, les filtres à huile incorporés sont très similaires. Leur structure intérieure peut toutefois différer. Il est indispensable de procéder à une adaptation optimale des paramètres de service ainsi que des caractéristiques de construction de ce groupe de filtres pour garantir leur fonctionnement correct dans le système de lubrification du moteur. Il faut accorder une attention particulière aux vannes se trouvant à l’intérieur du filtre, car ce sont elles qui déterminent le fonctionnement correct du filtre dans le système de lubrification.
↗ Fonte d’acier austénitique
L’austénite doit son nom au métallurgiste britannique Sir William Chandler Roberts-Austen.
Cela désigne :
• une modification du fer, en tant que phase
• un composant structurel de l’acier ou de la fonte
↗ SENT
Le protocole de données SENT (Single Edge Nibble Transmission) permet, en combinaison avec des capteurs adaptés, le remplacement d’interfaces analogiques et une transmission des données numériques.
↗ Signal MLI
L’abréviation MLI désigne un signal à modulation de largeur d’impulsion. Il s’agit d’un signal numérique pour lequel une grandeur (par exemple le courant électrique) alterne entre deux valeurs. L’intervalle entre ces alternances change en fonction du niveau d’activation. Il est ainsi possible de transmettre des signaux numériques.
]]>La nouvelle génération TDI® modulaire réalise une base uniforme pour les futurs moteurs diesel. Elle regroupe des moteurs quatre cylindres d'une cylindrée allant de 1,6 l à 2,0 l, dans les catégories de puissance de 66 kW à 135 kW et les niveaux de dépollution en vigueur respectifs. Le développement des moteurs a concrétisé cette stratégie avec le système modulaire diesel (MDB), en vue de pourvoir à l'avenir les plateformes ultérieures des catégories de véhicules moyenne, compacte et citadine de modules de moteurs identiques ou dérivés. Au sein du groupe, cela s'accompagne côté véhicule de cycles uniformisés au niveau du développement et dans les sites de production. Simultanément, un flux matières économique est garanti.
La conception modulaire porte sur les composants intrinsèques du moteur (groupe motopropulseur, culasse et commande des soupapes) ainsi que sur des éléments rapportés (épuration des gaz d'échappement proche du moteur et tubulure d'admission avec radiateur d'air de suralimentation intégré).
Le système modulaire diesel (MDB) doit :
• remplir les exigences futures de la législation antipollution,
• continuer de réduire les émissions de CO2,
• offrir aux marchés de l'UE et d'Amérique du Nord un concept de base identique et
• éviter l'utilisation homogène du système SCR (selective catalytic reduction) et les exigences au niveau du véhicule allant de pair sur des plateformes définies.
Objectifs pédagogiques du dossier :
Ce dossier décrit la conception et le fonctionnement du moteur TDI 4 cylindres de 1,6l/2,0l (MDB – système modulaire diesel). Après avoir traité ce dossier, vous serez en mesure de répondre aux questions suivantes :
• Comment s’effectue l’entraînement des arbres d’équilibrage ?
• Quelle fonction a le volet de gaz d'échappement dans la ligne d'échappement ?
• Quelle est la désignation du circuit de refroidissement lors du démarrage à froid ?
• Qu'est-ce qui distingue le bloc-cylindres du moteur TDI de 1,6l de celui du moteur TDI de 2,0l ?
• Quel est l'ordre de montage des soupapes de la culasse ?
Sommaire
Introduction
Mécanique moteur
Alimentation en huile
Système de distribution variable
Recyclage des gaz d'échappement
Système de refroidissement
Système d'alimentation
Système d'échappement
Gestion du moteur
Service
Introduction
Description technique succincte
Particularités techniques du moteur TDI 4 cylindres de 1,6l/2,0l (MDB)
Caractéristiques techniques
Courbe couple-puissance du moteur TDI de 2,0l
Moteur avec lettres-repères CRLB et CRBC
Mécanique moteur
Bloc-cylindres
Le bloc-cylindres du moteur TDI de 1,6l/2,0l est réalisé, comme dans le cas des moteurs précédents, en fonte grise. Il s'agit ici d'un alliage de fonte et graphite lamellaire (GG-GJL-250). Ce matériau de construction offre, outre une résistance à la traction de 250 à 300 Nm/mm2, toute une série d'excellentes propriétés. La conception de l'architecture du bloc-cylindres a également été perfectionnée. L'influence du vissage, par exemple, est déplacée dans la zone inférieure par des taraudages de boulons de culasse implantés à un niveau bas.
Il s'ensuit une répartition optimisée de la transmission de la force dans la structure du bloc-moteur. Le résultat de cet effet est une précompression plus élevée de l'arrêt de chambre de combustion ainsi qu'une répartition plus homogène de la pression sur toute la circonférence du joint de culasse. En outre, les cylindres sont fabriqués avec le dispositif de honage simultané vissé. Cela garantit le montage sans gauchissement des culasses, ce qui réduit la précontrainte des segments de piston.
Le bloc-cylindres présente les caractéristiques techniques suivantes :
• arbres d'équilibrage intégrés au-dessus du vilebrequin
• chemise d'eau courte en vue d'un réchauffage rapide des composants
• refroidissement optimal des pontets entre les cylindres
• intégration de mesures de gestion thermique au niveau du guidage de l'huile et de l'eau
Différences par rapport au moteur TDI de 1,6l
Contrairement au moteur TDI de 2,0l, la version du moteur TDI de plus petite cylindrée n'est pas dotée d'arbres d'équilibrage. C'est pourquoi le bloc-cylindres a été adapté dans ces zones.
Équipage mobile
Les composants sont :
• vilebrequin forgé à cinq paliers
• seulement quatre contrepoids pour des raisons de poids
• bielles trapézoïdales à tête fracturée
• pistons à tête creuse sans cavités
• un canal d'huile annulaire dans la tête de piston
• alimenté en huile refroidie pour le refroidissement de la tête de piston
Arbres d'équilibrage
Pour compenser les forces d'inertie libres de deuxième ordre, il est fait appel à un système d'arbres d'équilibrage, logé dans le bloc- cylindres, au-dessus du vilebrequin.
On agit à l'encontre des vibrations en entraînant deux arbres tournant en sens contraire avec des contremasses à une vitesse correspondant au double du régime moteur. L'inversion du sens de rotation du deuxième arbre est réalisée par un pignon intermédiaire.
L'entraînement s'effectue, depuis le vilebrequin, côté sortie avec des pignons à denture oblique. La fixation radiale et la fixation axiale des arbres et du pignon intermédiaire sont assurées par des roulements antifriction. La lubrification des roulements est réalisée par un brouillard d'huile en provenance du bloc-cylindres. À basses températures et régimes élevés, les roulements antifriction présentent une perte de transmission réduite.
Entraînement des organes auxiliaires
Le support des organes auxiliaires supporte l'alternateur et le compresseur de climatiseur. Un tendeur de courroie automatique assure la tension correcte de la courroie multipistes. Celle-ci est entraînée par le vilebrequin, via l'amortisseur de vibrations.
Entraînement par courroie crantée
La commande de distribution fait appel à une courroie crantée, qui a été conçue pour un kilométrage élevé1. Partant du vilebrequin, elle va au galet tendeur puis, via le pignon d'arbre à cames, à l'entraînement de la pompe haute pression et à la pompe de liquide de refroidissement interruptible.
Entre les deux, des galets inverseurs assurent un plus grand enroulement des pignons.
Culasse
Les caractéristiques particulières de la culasse1 sont la « disposition en étoile inversée des soupapes », une chemise de liquide de refroidissement en deux parties ainsi qu'un flasque de tubulure d'admission vertical.
La culasse est constituée par deux composants. Le cadre de paliers avec arbres à cames intégrés (module de distribution intégré) et la culasse avec ses éléments.
Les tubes des arbres à cames sont insérés dans les cadres de paliers fermés et réalisent ainsi le module de distribution intégré. Dans le cas de ce procédé, le cadre de paliers entièrement usiné est fi xé dans un dispositif et les cames déjà meulées et chauffées ainsi que la cible sont maintenues en position correcte par une cassette d'insertion dans le cadre de paliers.
Ensuite, les tubes d'arbres à cames déjà dotés des embouts et refroidis sont engagés par les paliers du cadre et guidés à travers les cames refroidies. Après compensation de température des composants, les deux arbres à cames sont montés, indissociables, dans le module de distribution intégré. Ce procédé autorise une exécution très rigide des paliers d'arbres à cames, allant de pair avec un poids très faible. En vue d'une optimisation de la friction, un roulement à aiguilles est monté côté entraînement de l'arbre à cames. Le procédé d'assemblage thermique décrit est utilisé pour le première fois sur des moteurs diesel dans le Groupe Volkswagen. Jusqu'à présent, les composants étaient emmanchés hydraulique- ment.
Légende de la fi gure de la page 13 :
1 Vanne de régulation de pression du carburant N276
2 Accumulateur haute pression de carburant
3 Transmetteur de pression du carburant G247
4 Brides de serrage
5 Injecteurs
6 Dégazage du carter et accumulateur de dépression
7 Couvre-culasse
8 Accumulateur de pression de la distribution variable
9 Module de tubulure d'admission avec radiateur d'air de suralimentation intégré
10 Électrovanne 1 de distribution variable N205
11 Roulement à aiguilles
12 Cadre de paliers avec arbres à cames
13 Culbuteurs à galet
14 Soupapes de l'arbre à cames 1
15 Soupapes de l'arbre à cames 2
16 Culasse
17 Canal de recyclage des gaz d'échappement haute pression
18 Rampe de distribution
Disposition des canaux d'admission/d'échappement
Du fait de la disposition en étoile inversée des soupapes, les sou- papes d'admission et d'échappement sont, vues depuis le fl asque de tubulure d'admission, positionnées l'une derrière l'autre. Il est ainsi possible que les arbres à cames actionnent respectivement une soupape d'admission et une soupape d'échappement. Les canaux ont été redéfinis en raison de la disposition des soupapes modifiée par rapport au modèle précédent. L'accent a été mis sur une augmentation du débit maximal avec un bon coefficient de turbulence. La suppression des volets de turbulence a été compensée par l'intégration d'un chanfrein de turbulence du siège dans les deux canaux d'admission. Un bon comportement de turbulence continue ainsi d'être garanti sur toute la course de la soupape. En outre, le fl asque d'admission est de conception verticale, ce qui permet la mise en œuvre d'une tubulure d'admission avec refroidissement de l'air de suralimentation intégré dans l'espace disponible pour l'implantation.
Chemise de liquide de refroidissement dans la culasse
En vue d'une augmentation de la dissipation de chaleur dans la zone voisine de la chambre de combustion, la chemise d'eau a été subdivisée en un noyau inférieur et un noyau supérieur. Les deux noyaux sont logés individuellement dans la coquille et ne sont pas reliés dans la pièce en fonte. Ce n'est qu'après usinage mécanique côté commande qu'une section défi nie, limitant le débit supérieur, est réalisée.
À la sortie commune de l'échangeur de chaleur du chauffage, le fl asque du chauffage, doté d'un raccord de dégazage, se charge de la réunion. À moteur froid, les liquides de refroidissement du noyau supérieur et du noyau inférieur, au-dessus du radiateur de recyclage des gaz d'échappement, sont dirigés en direction de l'échangeur de chaleur du chauffage.
Dégazage du carter moteur
La culasse est réalisée en polyamide. La principale fonction consiste à réaliser l'étanchement de la culasse et d'intégrer le réservoir à dépression.
Parallèlement, d'autres fonctions telles que la séparation grossière et fi ne de l'huile des gaz de carter ainsi que la régulation de pression dans le carter moteur sont intégrées. Les gaz de carter sont acheminés via de petits orifices du carter moteur au séparateur d'huile grossier, d'où ils sont refoulés dans les cyclones.
C'est là qu'a lieu la séparation d'huile fi ne. En aval des cyclones, les gaz de carter sont dirigés vers la vanne de régulation de pression. Ensuite, ils sont acheminés à la combustion via la tubulure d'ad- mission.
Alimentation en huile
Circuit d'huile
Pompe à huile avec pompe à dépression intégrée
La pompe à huile/à dépression combinée se trouve dans le carter d'huile et est vissée par le bas avec le bloc-cylindres. L'entraîne- ment est assuré par une commande à courroie crantée depuis le vilebrequin. La courroie crantée tourne directement dans l'huile et est réalisée sans tendeur de courroie, la précontrainte de la courroie crantée étant déterminée par l'entraxe défi ni des composants. Il s'ensuit une bonne optimisation des frictions de l'entraînement de la pompe combinée.
Raccords de l'alimentation en dépression et du circuit d'huile
La vanne de régulation de pression d'huile N428 est montée à côté de la conduite de dépression, au-dessus du carter d'huile dans le bloc-cylindres. La liaison avec la conduite de dépression s'effectue via des orifices dans la pompe à dépression et le bloc- cylindres.
Architecture
La pompe est une pompe à palettes avec bague de réglage excentrique. Pour réduire la puissance d'entraînement nécessaire de la pompe à huile, elle dispose d'une commande de débit.
La caractéristique de refoulement peut être modifiée via une bague de réglage à fixation rotative. Cette bague de réglage peut être exposée à une pression d'huile sur une surface de commande et pivoter en sens inverse de la force du ressort de commande.
Un tube d'admission de forme spéciale assure l'aspiration de l'huile moteur dans le carter d'huile, même en cas d'accélération transversale importante du véhicule.
La pompe à dépression aspire l'air du servofrein via une conduite de dépression et les canaux du bloc-cylindres.
L'air aspiré est acheminé via des clapets antirotation à l'intérieur du bloc-cylindres et en aère la chambre. Puis cet air est acheminé à la combustion comme gaz de carter via le dégazage du moteur. Un double clapet antirotation réalise une section suffisamment importante pour évacuer l'huile dans la chambre de pompe à dépression. Les couples d'entraînement sont ainsi maintenus faibles même à basses températures.
Régulation de pression d'huile
Le pompe à huile fonctionne avec deux niveaux de pression, commutés en fonction du régime moteur.
1 Niveau de pression inférieur : Pression d'huile 1,8 – 2,0 bars
2 Niveau de pression supérieur : Pression d'huile 3,8 – 4,2 bars
Fonctionnement
Petit débit de refoulement
Dans la plage des bas régimes, la vanne de régulation de pression d'huile N428 sous tension (borne 15) est mise à la masse par le calculateur du moteur et libère le canal d'huile commuté sur le piston de commande. La pression d'huile agit alors sur les deux surfaces du piston de commande, le repousse contre le ressort de piston de commande et libère la voie vers la surface de commande de la bague de réglage. La pression d'huile agit sur la surface de commande. La force en résultant est supérieure à celle du ressort de commande et fait pivoter la bague de réglage dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans le centre de la pompe à palettes, ce qui réduit la chambre de refoulement entre les palettes. Le niveau de pression inférieur est activé en fonction de la charge moteur, du régime moteur, de la température d'huile et d'autres paramètres de service, ce qui entraîne une diminution de la puissance d'entraînement de la pompe à huile.
Grand débit de refoulement
Dans la plage de régime supérieure ou à charge élevée (accélération à pleine charge), la vanne de régulation de pression d'huile N428 est déconnectée du raccord de masse par le calculateur du moteur J623, si bien qu'il y a purge d'air du canal d'huile commuté. La force de la surface avec pression d'huile restante est inférieure à la force du ressort du piston de commande et ferme le canal allant à la surface de commande de la bague de réglage. Sans pression d'huile appliquée, le ressort de commande fait pivoter la bague de réglage dans le sens horaire autour du contre-palier. La bague de réglage quitte à présent la position centrale et augmente l'espace de refoulement entre les différentes palettes. L'espace entre les palettes étant plus important, la quantité d'huile refoulée augmente.
Les orifi ces d'huile et le jeu du roulement de vilebrequin opposent à ce débit volumique d'huile plus important une résistance, qui fait monter l'huile en pression. On a ainsi pu réaliser une pompe à huile à régulation du débit volumique à deux niveaux de pression.
Module de filtre à huile
Il existe différents modules de filtre à huile suivant la position de montage du moteur.
Moteurs en position longitudinale
Le filtre à huile pour la position longitudinale se compose des éléments suivants :
• Carter de filtre à huile vertical avec clapet d'écoulement d'huile
• Cartouche filtrante
• Contacteur de pression d'huile pour contrôle de la pression réduite F378 (0,3 – 0,6 bar)
• Contacteur de pression d'huile F22 (2,5 – 3,2 bars)
En outre, le module de filtre à huile se compose du radiateur d'huile, monté latéralement sur le module de filtre à huile, ainsi que des clapets de dérivation du filtre à huile et de dérivation du radiateur d'huile.
Système de distribution variable
Introduction
Outre la réduction des émissions brutes, la baisse de la consommation de carburant est l'objectif des développements techniques futurs. La mise en œuvre d'une distribution variable pourrait constituer ici une approche de solution envisageable. La mise en œuvre d'une admission variable permet de générer un déplace- ment de la charge rendant inutile l'utilisation d'un volet de turbulence. Une autre variante consiste en l'adaptation du calage de la distribution des soupapes d'admission avec une fi n d'admission précoce ou tardive, ce qui permet une réduction des émissions de NOx et de CO2. Une définition variable des temps d'admission peut aussi permettre de réaliser une réduction de la compression effective. Il en résulterait des températures de compression plus basses, qui auraient pour conséquence une diminution des émissions de NOx.
Un calage variable des arbres à cames n'est réalisé que sur les véhicules répondant à la norme antipollution Euro 6. Dans ce cas précis, plusieurs variables de distribution sont pilotables du fait de l'utilisation d'un actionneur de phase en combinaison avec des arbres à cames d'admission et d'échappement mixtes.
Cette optimisation technique permet :
• remplissage optimisé à pleine charge
• fonctionnement optimisé au plan émissions et consommation par une compression variable et donc plus efficace
• exploitation maximale de la boucle d'expansion
• compression élevée lors du départ à froid
Le calage des arbres à cames s'effectue à l'aide d'un moteur oscillant. Au démarrage, le moteur oscillant est verrouillé mécaniquement, par un doigt de verrouillage, en position avance, jusqu'à ce que la pression d'huile nécessaire soit établie. Le calage actif des soupapes d'admission et d'échappement est de 50° d'angle de vilebrequin en direction du retard.
Légende :
1 Échappement : ouverture variable
2 Admission : ouverture variable
3 Admission : fermeture variable
Avance : les deux soupapes d'admission s'ouvrent simultanément
Retard : seule la soupape d'admission arrière, implantée « côté échappement » s'ouvre, la deuxième s'ouvre avec un décalage
Architecture
Fonctionnement
Le moteur oscillant est alimenté en huile sous pression depuis la pompe à huile à régulation du débit volumique via une conduite de pression individuelle dans la culasse. Le calage de l'arbre à cames est assuré par le calculateur du moteur à l'aide d'un distributeur proportionnel 4/2 à commande par modulation de largeur d'impulsion. La bague à ailettes intérieure (rotor) du moteur oscillant est reliée à l'arbre à cames.
La bague extérieure (stator) est solidaire d'un pignon, qui s'en- grène dans un pignon de l'arbre à cames entraîné. Le déplacement de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin est atteint par application d'une pression d'huile dans les chambres de travail (A) et (B) entre le rotor et le stator.
La bague extérieure (stator) est solidaire d'un pignon, qui s'en- grène dans un pignon de l'arbre à cames entraîné. Le déplacement de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin est atteint par appli- cation d'une pression d'huile dans les chambres de travail (A) et (B) entre le rotor et le stator.
Plages de travail
Le moteur oscillant du variateur d'arbre à cames doit, pour garantir une régulation rapide, être exposé lors de la variation à un flux volumique d'huile important. L'alimentation en huile de la variation du calage d'arbre à cames est réalisée par une pompe à huile à régulation du débit volumique à deux niveaux. Pour garantir une variation rapide même au premier niveau, où la pression est plus faible, un accumulateur de pression a été intégré dans le variateur de calage d'arbre à cames. Cet accumulateur de pression garantit une alimentation en huile suffi sante, la pression de retenue dans l'accumulateur de pression pouvant atteindre jusqu'à 1,8 bar. L'électrovanne 1 de distribution variable N205 décide quand l'accumulateur de pression libère son volume d'huile dans le canal correspondant du moteur oscillant. L'électrovanne 1 de distribution variable est pilotée par modulation de largeur d'impulsion par le calculateur du moteur J623.
Dans la chambre exempte de pression, l'huile du moteur oscillant est refoulée dans le retour. Si la pression de la galerie lors du calage de l'arbre à cames est inférieure à la pression dans l'accumulateur de pression, le calage est toujours assisté par l'accumulateur de pression. Lorsque la position finale du moteur oscillant est atteinte, la pression d'huile dans l'accumulateur de pression est rétablie et la pression dans la conduite d'alimentation atteint la pression de la galerie. L'électrovanne 1 de distribution variable N205 peut être réglée de façon qu'une pression d'huile soit appliquée aux deux chambres de travail. En fonction des rapports de pression d'huile dans les chambres de travail (A) et (B), le rotor et donc l'arbre à cames se déplacent en direction « avance » ou « retard ». Lors de l'arrêt du moteur, le moteur oscillant est, avec l'assistance d'un ressort, déplacé en position de démarrage vers « avance » et verrouillé.
Variation vers avance
La pression d'huile arrive via l'électrovanne 1 de distribution variable N205 dans la chambre de travail (A), tandis que le rotor se déplace en direction de la chambre de travail (B) vers « avance ».
Variation vers retard
L'arbre à cames est verrouillé en « position avance ». Le piston de poussoir différentiel taré par ressort est déverrouillé par la pression de l'huile moteur. L'électrovanne 1 de distribution variable N205 libère la chambre de travail (A), la pression d'huile se détend dans le retour et la pression d'huile de l'accumulateur de pression agissant dans la chambre de travail (B) déplace le moteur oscillant en direction du « retard ».
Le pilotage à modulation de largeur d'impulsion permet une variation en continu du calage d'arbre à cames.
Recyclage des gaz d'échappement
Normes antipollution
Pour le recyclage des gaz, il faut faire une distinction entre différentes réalisations en fonction des normes antipollution de l'UE. Sur toutes les variantes, il est fait appel à un module de tubulure d'admission avec radiateur d'air de suralimentation refroidi par eau intégré avec fl asque ou rampe distributrice.
La fonction du module de tubulure d'admission est de diriger le flux d'air frais (y compris le recyclage des gaz d'échappement haute et basse pression) dans la culasse. L'air comprimé est refroidi suivant les besoins via le radiateur d'air de suralimentation intégré, en fonction du cycle de conduite. Cela est réalisé par variation du débit de liquide de refroidissement par la pompe de liquide de refroidissement électrique.
Synoptique des normes antipollution
Le moteur est réalisé dans les variantes d'échappement suivantes :
• Euro 4 avec recyclage des gaz d'échappement haute pression
• Euro 5 avec recyclage des gaz d'échappement basse pression
• Euro 6, Euro 6 stricte et BIN5 avec recyclage des gaz d'échappement basse et haute pression
Sur les véhicule avec norme Euro 6 stricte et BIN5, le système SCR (selective catalytic reduction) avec capteurs de pression des cylindres est monté en supplément dans les bougies de préchauffage. Dans le cas de BIN5, il est également fait appel à un détecteur de température en sortie du radiateur G83. Suivant la norme antipollution, il y a des différences au niveau des composants ainsi que de la manière dont les gaz d'échappement arrivent dans la ligne d'admission.
Liste d'équipement du recyclage des gaz
Moteurs avec norme antipollution Euro 4 (recyclage des gaz d'échappement haute pression)
La version Euro 4 est dotée d'un recyclage des gaz d'échappement haute pression avec soupape de recyclage des gaz d'échappement refroidie et radiateur de recyclage des gaz d'échappement. Le radiateur du recyclage des gaz d'échappement possède un volet de by-pass commandé par dépression, qui est actionné en fonction de la température de fonctionnement par le calculateur du moteur. Les gaz d'échappement recyclés sont acheminés en aval du turbo- compresseur via un canal passant dans la culasse à la soupape de recyclage des gaz d'échappement refroidie par eau, qui est montée sur la rampe distributrice.
Via la rampe distributrice, les gaz d'échappement recyclés sont répartis sur l'air de suralimentation comprimé et refroidi. Ce mélange d'air est acheminé au canal d'admission de la culasse.
Architecture du radiateur de recyclage des gaz d'échappement
Moteurs avec norme antipollution Euro 5 (recyclage des gaz d'échappement basse pression)
La version Euro 5 est dotée d'un recyclage des gaz d'échappement basse pression avec une soupape de recyclage des gaz d'échappement non refroidie et un radiateur de recyclage des gaz d'échappement au niveau du filtre à particules.
Les gaz d'échappement recyclés arrivent en aval du filtre à parti- cules via une cartouche de filtre, en passant par le radiateur de recyclage des gaz d'échappement, à la soupape de recyclage des gaz d'échappement non refroidie. De là, les gaz d'échappement refroidis sont amenés en amont du compresseur du turbocompresseur, mélangés optimalement à l'air de suralimentation et acheminés dans la ligne de la tubulure d'admission avec radiateur d'air de suralimentation intégré. Pour pouvoir exploiter le recyclage des gaz d'échappement basse pression sur toute la plage cartographique, le flux de gaz d'échappement intégral issu du filtre à particules est retenu de façon défi ni avec un volet de gaz d'échappement à moteur électrique.
Architecture du radiateur de recyclage des gaz d'échappement
Moteurs avec norme antipollution Euro 6, Euro 6 stricte et BIN5 (recyclage des gaz basse et haute pression)
La version Euro 6 est dotée d'un recyclage des gaz d'échappement basse et haute pression avec une soupape de recyclage des gaz d'échappement refroidie et non refroidie et un radiateur de recyclage des gaz d'échappement dans le recyclage des gaz d'échappe- ment basse pression.
Le recyclage des gaz d'échappement est similaire à celui des moteurs répondant à la norme antipollution Euro 5. Pour certains point de fonctionnement, il y a arrivée de gaz d'échappement non refroidis du système de recyclage des gaz haute pression via une soupape de recyclage des gaz d'échappement refroidie par eau dans la rampe distributrice.
Module de collecteur d'échappement
Le module de collecteur d'échappement se compose du collecteur d'échappement, du turbocompresseur intégré dans le collecteur d'échappement, du point d'introduction du recyclage des gaz d'échappement basse pression et du silencieux à pulsations. Il est fait appel à un turbocompresseur à géométrie variable de la turbine (VTG) à commande pneumatique avec capteur de position. Le prélèvement du recyclage des gaz d'échappement n'a pas lieu sur le carter de turbine, mais en sortie du filtre à particules. Sur la variante du moteur avec norme antipollution Euro 5, il y a toujours, en raison du prélèvement du recyclage des gaz en aval du filtre à particules, guidage du flux massique intégral par le compresseur du turbocompresseur.
Le turbocompresseur peut ainsi être exploité dans des plages à rendement élevé. Durant la charge partielle, notamment, des pressions de suralimentation élevées et donc des remplissages des cylindres importants sont possibles. Un avantage en est la puissance frigorifique plus élevée du système de recyclage des gaz d'échappement, qui entraîne une réduction de la température du mélange d'air frais et de recyclage des gaz. Le système complet a été conçu de sorte que, via la modification du carter du compresseur et du collecteur d'échappement, les variantes avec recyclage des gaz d'échappement haute et basse pression, pour les niveaux d'émissions Euro 4 et Euro 6, soient représentables dans le système modulaire. Les propriétés acoustiques du turbocompresseur ont pu être améliorées par des chambres d'amortissement modifiées dans le silencieux à pulsations.
Radiateur d'air de suralimentation
Comme perfectionnement, le radiateur d'air de suralimentation refroidi par air des moteurs diesel est, comme dans le cas des moteurs à essence TFSI de 1,4l, intégré dans la tubulure d'admission. Le refroidisseur se compose des plaques de liquide de refroidissement, disques, plaques de fermeture/de fond et latérales ainsi que des raccords de liquide de refroidissement. Un circuit de liquide de refroidissement basse température distinct avec échangeur de chaleur air/eau permet, en liaison avec une pompe de liquide de refroidissement à régime variable, un refroidissement de l'air de suralimentation adapté aux besoins.
Le radiateur d'air de suralimentation intégré dans la tubulure d'admission est entièrement brasé et exécuté en aluminium, les caissons d'entrée et de sortie étant ensuite soudés au corps du radiateur. Les plaques de liquide de refroidissement sont traversées en forme de W selon le principe du contre-courant. Du fait de la géométrie spéciale des plaques de liquide de refroidissement, le flux de liquide de refroidissement est réparti sur la largeur du tube plat et inversé. Cela assure une bonne transition thermique de la tôle aluminium au liquide de refroidissement.
Les avantages en résultant sont les suivants :
• Les températures de la tubulure d'admission réglables par définition de limites permettent de réaliser un fonctionnement indépendant de la température de l'air d'admission et des gaz d'échappement recyclés.
• Le circuit d'air de suralimentation devient compact.
• Les pertes par refoulement sont réduites.
• Le givrage et la condensation du radiateur d'air de suralimentation sont évités.
• Des synergies sont notamment générées par l'utilisation d'un système de radiateur de recyclage des gaz d'échappement basse pression performant.
Architecture
Système de refroidissement
Gestion thermique
Le moteur TDI de 1,6l/2,0l possède une gestion thermique dont les objectifs sont de raccourcir la mise en action après démarrage à froid et d'envoyer la chaleur générée là où elle peut être utilisée judicieusement pour l'augmentation de l'efficience du véhicule. La réduction des frictions internes du moteur est ici primordiale. En outre, il convient de mettre rapidement à disposition des mesures de réduction des émissions et de réduire les mesures de chauffage augmentant la consommation. Le circuit de refroidissement global se compose de trois sous-circuits :
• Petit circuit de refroidissement (micro-circuit)
• Culasse
• Radiateur de recyclage des gaz d'échappement - recyclage des gaz d'échappement basse pression
• Échangeur de chaleur du chauffage
• Pompe de liquide de refroidissement électrique supplémentaire
• Grand circuit de refroidissement (circuit haute température)
• Bloc-cylindres
• Radiateur du moteur/de boîte
• Régulateur de liquide de refroidissement (distributeur 3/2)
• Radiateur à eau principal
• Pompe de liquide de refroidissement interruptible
• Circuit de refroidissement pour refroidissement de l'air de suralimentation (circuit basse température)
• Radiateur d'air de suralimentation
• Radiateur avant
• Pompe de liquide de refroidissement électrique supplémentaire
Pompe de liquide de refroidissement interruptible
Sur le moteur TDI 1,6/2,0l, une pompe de liquide de refroidisse- ment interruptible est mise en œuvre dans la gestion thermique. Cette pompe interruptible et commutable permet de réaliser, à moteur froid, la stagnation du liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement immobile se réchauffe plus rapidement et peut amener plus efficacement le moteur à la température de fonctionnement. Un tiroir de régulation (pot) à commande hydraulique, activé par la vanne de liquide de refroidissement pour culasse N489, est repoussé sur la roue à palettes en rotation et empêche la circulation du liquide de refroidissement
Fonctionnement de la pompe de liquide de refroidissement
Le tiroir de régulation peut être glissé hydrauliquement sur la roue à palettes, si bien qu'il n'y a pas de refoulement du liquide de refroidissement. La roue à palettes renferme une plaque en inox, moulée comme plateau oscillant.
Liquide de refroidissement stagnant
Une pompe à pistons axiaux intégrée dans le carter de pompe est actionnée via le plateau oscillant. En raison du mouvement de levée du plateau oscillant, la pompe à pistons axiaux repompe du liquide de refroidissement via la vanne de liquide de refroidisse- ment pour culasse N489 dans le circuit de refroidissement. Lorsque l'électrovanne est alimentée en courant, le canal de retour dans le circuit de liquide de refroidissement se ferme. Sous l'effet de la course de la pompe à pistons axiaux, une pression hydraulique s'établit sur le piston annulaire. Le tiroir de régulation se repousse contre un ressort de compression sur la roue à palettes et étanche le bloc-cylindres. La circulation du liquide de refroidissement n'a pas lieu.
Liquide de refroidissement circulant
Lorsque l'électrovanne n'est pas alimentée, le canal de retour dans le circuit de liquide de refroidissement s'ouvre, le piston annulaire est repoussé par le ressort de compression et entraîne le tiroir de régulation en position initiale. La roue à palettes est de nouveau dégagée et la circulation du liquide de refroidissement commence. Lorsque le moteur tourne, la pompe à pistons axiaux fonctionne toujours.
Synoptique du système
Les graphiques ci-après montrent le système de refroidissement pour la variante de moteur avec norme antipollution Euro 5.
Légende :
1 Vase d'expansion du liquide de refroidissement
2 Échangeur de chaleur du chauffage
3 Chauffage stationnaire
4 Pompe de circulation V55
5 Pompe d'assistance de chauff age V488
6 Transm. de température de liquide de refroidissement G62
7 Tubulure de liquide de refroidissement
8 Radiateur du recyclage des gaz d'échappement
9 Pompe de liquide de refroidissement avec vanne de liquide de refroidissement pour culasse N489
10 Régulateur de liquide de refroidissement
11 Papillon
12 Radiateur d'huile moteur
13 Ventilateur de radiateur V7
14 Ventilateur 2 de radiateur V177
15 Radiateur de liquide de refroidissement
16 Pompe de refroidissement de l'air de suralimentation V188
17 Radiateur d'air de suralimentation interne de la tubulure d'admission
18 Radiateur de liquide de refroidissement du refroidissement de l'air de suralimentation
Petit circuit de refroidissement (micro-circuit, circuit de chauffage)
Lorsque le moteur est froid, la gestion thermique démarre avec le petit circuit de refroidissement. Cela garantit un réchauffage rapide du moteur et de l'habitacle. La pompe de refroidissement interruptible est activée par la vanne de liquide de refroidissement pour culasse N489.
Le souhait de température du conducteur est enregistré par le calculateur du climatiseur et pris en compte lors du pilotage de la pompe de liquide de refroidissement.
Il y a alors réalisation d'une stagnation du liquide de refroidisse- ment dans le bloc-moteur. La pompe d'assistance de chauffage électrique V488 met le petit circuit de refroidissement en mouvement, en fonction de la température du liquide de refroidissement dans la culasse, avec un pilotage adapté aux besoins.
Mode chauffage stationnaire
Le chauffage stationnaire est, sans vannes de commutation, intégré en ligne en direction de l'échangeur de chaleur. Il possède une pompe de circulation V55 propre.
La pompe d'assistance de chauffage V488 apporte son aide dans des conditions environnementales froides, afin de garantir, en cas de viscosité élevée du liquide de refroidissement, un débit volumique minimum.
Petit circuit de refroidissement – Besoin de refroidissement du moteur / charge moteur élevée
Lorsque la charge du moteur augmente et que le régime moteur augmente, la pompe de liquide de refroidissement interruptible est commutée. Le refroidissement du moteur est ainsi assuré. Après dépassement par le bas d'un seuil de régime, la pompe de liquide de refroidissement est à nouveau désactivée et le moteur fonctionne avec le liquide de refroidissement stagnant tant que la température du liquide de refroidissement n'est pas encore atteinte.
augmente, la pompe de liquide de refroidissement interruptible est commutée. Le refroidissement du moteur est ainsi assuré. Après dépassement par le bas d'un seuil de régime, la pompe de liquide de refroidissement est à nouveau désactivée et le moteur fonctionne avec le liquide de refroidissement stagnant tant que la température du liquide de refroidissement n'est pas encore atteinte.
La pompe de liquide de refroidissement est désactivée durable- ment en cas de dépassement d'une température du liquide de refroidissement au niveau de la culasse permettant d'en conclure que le moteur est réchauffé. Avec la pompe de liquide de refroidissement actionnée, il est assuré qu'un débit de liquide de refroidissement suffisant traverse la culasse. Le moteur est doté à cet effet d'un thermostat avec court-circuit intégré.
Légende :
1 Vase d'expansion du liquide de refroidissement
2 Échangeur de chaleur du chauffage
3 Chauffage stationnaire
4 Pompe de circulation V55
5 Pompe d'assistance de chauffage V488
6 Transm. de température de liquide de refroidissement G62
7 Tubulure de liquide de refroidissement
8 Radiateur du recyclage des gaz d'échappement
9 Pompe de liquide de refroidissement avec vanne de liquide de refroidissement pour culasse N489
10 Régulateur de liquide de refroidissement
11 Papillon
12 Radiateur d'huile moteur
13 Ventilateur de radiateur V7
14 Ventilateur 2 de radiateur V177
15 Radiateur de liquide de refroidissement
16 Pompe de refroidissement de l'air de suralimentation V188
17 Radiateur d'air de suralimentation interne de la tubulure d'admission
18 Radiateur de liquide de refroidissement du refroidissement de l'air de suralimentation
Grand circuit de refroidissement (circuit haute température) – Liquide de refroidissement à la température de service
Lorsque le liquide de refroidissement a atteint la température de service, le régulateur de liquide de refroidissement s'ouvre et passe dans la plage de régulation. Il s'ensuit l'incorporation du radiateur de liquide de refroidissement (radiateur d'eau principal) dans le circuit de refroidissement.
Le régulateur de liquide de refroidissement régule la température en sortie du moteur et est implanté sur l'alimentation du radiateur d'eau principal.
Circuit basse température – circuit de liquide de refroidissement pour refroidissement de l'air de suralimentation
Pour la commande du circuit de liquide de refroidissement de l'air de suralimentation, la température de la tubulure d'admission sert de valeur de référence.
Une fois la température cible atteinte, la régulation de la température de la tubulure d'admission a lieu via le pilotage de la pompe de refroidissement de l'air de suralimentation V188.
Légende :
1 Vase d'expansion du liquide de refroidissement
2 Échangeur de chaleur du chauffage
3 Chauffage stationnaire
4 Pompe de circulation V55
5 Pompe d'assistance de chauffage V488
6 Transm. de température de liquide de refroidissement G62
7 Tubulure de liquide de refroidissement
8 Radiateur du recyclage des gaz d'échappement
9 Pompe de liquide refroid.avec vanne de liquide de refroid. pour culasse N489
10 Régulateur de liquide de refroidissement
11 Papillon
12 Radiateur d'huile moteur
13 Ventilateur de radiateur V7
14 Ventilateur 2 de radiateur V177
15 Radiateur de liquide de refroidissement
16 Pompe de refroidissement de l'air de suralimentation V188
17 Radiateur d'air de suralimentation interne de la tubulure d'admission
18 Radiateur de liquide de refroidissement du refroidissement de l'air de suralimentation
Régulateur de liquide de refroidissement comme distributeur 3/2
Le régulateur de liquide de refroidissement est actionné par un élément thermostatique en cire. Une fois la température de fonctionnement atteinte, l'élément commence à fermer le petit circuit de refroidissement. Simultanément, le grand circuit de refroidissement est ouvert.
Petit circuit de refroidissement (micro-circuit)
Grand circuit de refroidissement (circuit haute température, à régulation)
Système d'alimentation
Vue d'ensemble
Système d'échappement
Moteurs en position longitudinale
Moteurs en position transversale
Gestion du moteur
Service
Outils spéciaux /Équipements d'atelier
Vidéo
Audi Engine 1.6L and 2.0L TDI EU6 Service Training Information
]]>Qu’est-ce qu’un compresseur Roots ? De par son architecture, c’est une machine à rotors à lobes, qui fonctionne sans compression interne, selon le
principe du compresseur volumétrique.
Le compresseur se compose d’un carter, dans lequel tournent deux arbres (rotors).
L’entraînement des deux rotors est mécanique, depuis le vilebrequin par exemple. Les deux rotors sont synchronisés par un engrenage situé à l’extérieur du carter et présentent un sens de rotation contraire. Ils s’engrènent conjointement.
Lors de la conception, une bonne étanchéité des rotors entre eux et par rapport au carter est importante. La difficulté est la suivante : dans la mesure du possible, aucun frottement ne doit être généré.
En service (rotation des rotors), l’air est refoulé entre les lobes et la paroi extérieure, de l’entrée d’air (côté aspiration) vers le côté sortie d’air (côté
pression). La pression de l’air refoulé est générée par reflux.
Différents types
Les compresseurs historiques étaient dotés de rotors à deux lobes.
Les versions modernes sont en général à trois lobes et hélicoïdales. Cela permet d’obtenir une pression de suralimentation plus élevée, et surtout, plus constante (amélioration du rendement).
Évolution historique
Le système doit son nom aux frères Philander et Francis Roots, qui en ont fait breveter le principe dès 1860.
À l’époque, les compresseurs Roots étaient essentiellement utilisés comme souffleries dans les hauts-fourneaux, mais l’on notait également des
applications dans d’autres secteurs industriels. Gottlieb Daimler a été le premier à monter, en 1900, un compresseur Roots sur une voiture. Dans les années vingt et trente, des compresseurs Roots ont été mis en oeuvre dans le sport automobile.
Particularité : on reconnaissait aisément ces moteurs au « sifflement » de leur compresseur.
La figure ci-dessous présente un compresseur Roots qui équipait la voiture de course Grand Prix type C d’AUTO UNION en 1936.
Avec le développement de matériaux résistant mieux aux hautes températures, les compresseurs Roots ont perdu de leur importance au profit du
turbocompresseur. De nos jours, les compresseurs Roots sont toujours utilisés, dans les véhicules de sport notamment.
À la différence du moteur V6 TFSI de 3,0l, le conditionnement du mélange se trouvait encore, sur la voiture de course d’AUTO UNION, en amont du compresseur Roots.
Cette disposition avait été retenue pour des raisons de conception car l’on ne disposait d’une dépression suffisante pour aspirer le carburant dans le
carburateur qu’en amont du compresseur Roots. Il y avait donc compression d’un mélange air carburant dans le compresseur Roots.
Module de suralimentation
Les compresseurs Roots modernes, comme celui mis en oeuvre chez Audi, sont des compresseurs hélicoïdaux.
Contrairement à la génération antérieure à rotors à trois lobes, le compresseur Roots d’Audi se caractérise par des rotors à quatre lobes. Chaque
lobe des deux rotors est orienté de 160° par rapport à l’axe longitudinal. Cela exerce une influence positive sur la continuité et les effets pulsatoires du refoulement de l’air.
Le fabricant du compresseur Roots équipant le moteur V6 TFSI de 3,0l est la société EATON. Cette société a une expérience de longue date dans la fabrication des compresseurs Roots.
Architecture
Le module de suralimentation est entièrement logé à l’intérieur du V du moteur. Cela permet de réaliser un moteur plat, répondant aux exigences de la protection des piétons. Le poids total du module est de 18 kg (sans remplissage de liquide de refroidissement).
Carter
Le carter en fonte en une partie renferme le compresseur Roots, un volet by-pass à commande électrique et, pour chaque banc de cylindres, un
refroidisseur d’air. Les ouvertures de sortie d’air en direction des différents cylindres se trouvent sur la face inférieure.
Les languettes de transport vissées sur le module de suralimentation servent à la suspension du moteur lors de la dépose et de la repose.
Entraînement
Le compresseur Roots est entraîné via la seconde piste de la poulie par le vilebrequin.
L’entraînement est permanent et n’est pas activé ni désactivé par un embrayage électromagnétique.
Les deux commandes sont découplées des vibrations du vilebrequin par une couche caoutchouc, dans l’amortisseur de vibrations commun.
Cela a permis d’améliorer le comportement de résonance à faibles régimes et à pleine charge. Effet secondaire : la sollicitation de la courroie a été nettement réduite. La démultiplication entre vilebrequin et module de suralimentation est de 1:2,5. Cela autorise un régime maximal de 18 000 tr/min.
Le couplage du compresseur Roots est assuré par l’élément de découplage (SSI = Single Spring Isolator). Cet élément de découplage est intégré
dans le carter de commande du module de suralimentation.
Son rôle est d’optimiser les allures de la puissance en fonction des alternances de charge.
Cela se traduit par un excellent silence de fonctionnement (amélioration de l’acoustique) et une augmentation de la longévité de la courroie
d’entraînement. La périodicité de remplacement de la courroie multipistes est, dans le cas du compresseur Roots, de 120 000 km.
Fonctionnement
Un élément élastique est monté dans le carter de commande du compresseur Roots. Un ressort de torsion y est guidé par une douille primaire et une douille secondaire. Le ressort transmet le couple d’entraînement de la poulie à l’étage de pignon.
Les douilles primaire et secondaire se chargent de limiter la course des oscillations dans le sens de rotation et dans le sens opposé à la rotation du
compresseur Roots.
L’élément élastique a été défini de sorte à être suffisamment « souple » pour assurer un découplage efficace. Mais il doit aussi, en mode dynamique (c’est-à-dire en cas d’alternances de charge), éviter un positionnement brutal en butée, pouvant provoquer des bruits parasites.
Durant la poursuite de l’entraînement, le second rotor est commandé par une paire de pignons.
Les deux rotors fonctionnent donc en parfaite synchonicité tout en présentant un sens de rotation contraire. Un très grand nombre de dents limite la transmission de vibrations. Les pignons sont emmanchés à la presse sur les arbres des rotors.
Cet emmanchement à la presse est réalisé chez le fabricant à l’aide de gabarits spéciaux. L’adaptation doit être très rigoureuse car sinon,
les lobes des rotors risquent de se toucher. C’est pourquoi il n’est pas autorisé, lors des opérations effectuées par le Service, de dissocier les
pignons des arbres. La tête menante est remplie d’une huile spéciale.
Rotors
Les rotors présentent une torsion en vrille de 160°. Les deux rotors tournent dans des roulements exempts d’entretien. Pour que l’usure soit aussi faible que possible durant la phase de rodage, les rotors sont revêtus d’une couche à teneur en graphite.
Le revêtement garantit un étanchement optimal contre les fuites d’air (rotor/rotor et rotor/alésage du rotor) – d’où un gain de puissance.
Régulation du flux d’air et de la pression de suralimentation
Le compresseur Roots est entraîné en permanence. En l’absence de régulation de la pression de suralimentation, le compresseur Roots générerait toujours le flux d’air maximal pour le régime considéré et donc la pression de suralimentation maximale.
Comme on n’a pas besoin d’air de suralimentation à tous les états de service, une accumulation d’air trop élevée se produirait côté pression du compresseur, entraînant une perte de puissance inutile du moteur. Une possibilité de réglage de la pression de suralimentation est donc indispensable.
Sur d’autres systèmes, l’entraînement par courroie est coupé via un embrayage électromagnétique en vue de limiter la pression de suralimentation.
Sur le moteur V6 TFSI de 3,0l, il est fait appel, pour la régulation de la pression de suralimentation, à l’unité de commande de volet de régulation J808. Elle est vissée dans le module de suralimentation et relie le côté pression et le côté admission.
L’ouverture d’un volet de by-pass provoque le réacheminement d’une partie du volume d’air refoulé via le by-pass ouvert au côté admission du compresseur Roots. Le fonctionnement du volet de by-pass s’apparente à celui d’une soupape de décharge sur un moteur à essence équipé d’un turbocompresseur.
Fonctions de l’unité de commande de volet de régulation J808 :
– régulation de la pression de suralimentation définie par le calculateur du moteur
– limitation de la pression de suralimentation maximale à 1,9 bar (pression absolue
Fonctionnement
Pleine charge (volet de by-pass fermé)
À pleine charge, l’air est refoulé en direction du moteur via le papillon, le compresseur Roots et le refroidisseur d’air.
Charge partielle (volet de by-pass ouvert)
À charge partielle, au ralenti et en décélération, une partie du volume d’air refoulé est réacheminé au côté admission via le by-pass ouvert.
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