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Mécanique moteur

V10 FSI bi-turbo de 5,0 l

Particularités techniques

– Moteur à essence dix cylindres en aluminium
– Culasse à deux arbres à cames en tête (DOHC)
– Culbuteurs à galet à rattrapage hydraulique du jeu des soupapes
– Distribution variable en continu côté admission et échappement
– Commande par chaîne sans entretien
– Système d’alimentation à régulation en fonction des besoins côté basse et haute pression
– Injection directe homogène

Différences au niveau des composants du moteur par rapport au moteur V10 FSI de 5,2 l

– Pas d’arbre d’équilibrage
– Modification de la cylindrée par modification du vilebrequin et réduction de sa course
– Vilebrequin avec maneton continu
– Graissage sous pression et à carter sec
– Module de pompe à huile et à eau
– Modification du dégazage du carter avec chauffage
– Module collecteur d’échappement-turbocompresseur

Mécanique moteur

Bloc-cylindres/équipage mobile

Le carter moteur, avec un angle des cylindres de 90°, est de type carter semelle (« bedplate »), qui redéfinit, avec une longueur de 685 mm et une largeur de 80 mm, les critères de compacité et de longueur de montage.

Le corps supérieur du carter moteur est un monobloc homogène en AlSi17Cu4Mg, réalisé par moulage en coquille basse pression.
Les propriétés de la composition du matériau sont une résistance élevée, un très faible gauchissement des cylindres et une bonne dissipation de la chaleur.

Le carter semelle en AlSi12Cu1 a été renforcé par des inserts moulés en fonte à graphique sphéroïdal
(GS50), fixés par quatre vis, par lesquels transite l’essentiel de la chaîne cinématique.
Simultanément, ces inserts réduisent la dilatation thermique à hautes températures ainsi que le jeu des paliers à chaud (au niveau des paliers de vilebrequin).

Au lieu d’un carter d’huile, le moteur est équipé d’un module d’aspiration, directement relié via des canaux d’admission à la pompe à huile extérieure.

Ce module d’aspiration ne possède pas de plus grand collecteur d’huile, mais sert de chicane et collecte l’huile s’écoulant sous l’effet de la rotation du vilebrequin.

Vilebrequin

Pour des raisons de résistance, le vilebrequin est de conception « Common-Pin » et non pas, comme sur le moteur V10 de 5,2l « Split-Pin ».

Vilebrequin avec maneton commun (Common-Pin) du moteur V10 de 5,0l

Pour comparaison, maneton fendu (split-pin) du moteur V10 de 5,2l

Commande par chaîne

La commande par chaîne est assurée à deux niveaux, par quatre chaînes à rouleaux de 3/8“.
La commande par chaîne A joue le rôle de commande de la distribution du vilebrequin vers les pignons intermédiaires, les commandes par chaîne B et C de commande de la culasse, des pignons intermédiaires vers les arbres à cames respectifs.

La commande par chaîne D, ou commande des organes auxiliaires, entraîne le module de pompe à huile et à eau, le compresseur du climatiseur et la pompe d’assistance de direction.
Le système tendeur fait appel à quatre tendeurs hydrauliques avec clapets antiretour. Leur longévité est, comme celle des chaînes, adaptée à la durée de vie du moteur.

Mécanique moteur

Circuit d’huile

En vue de garantir l’alimentation en huile sous pression dans toutes les situations routières et à vitesses élevées dans les virages, il est fait appel à un graissage sous pression et à carter sec.
Comme le moteur n’est pas équipé d’un carter d’huile, mais d’un module d’aspiration, la totalité du retour d’huile en provenance des paliers, des culasses et des carters de chaîne doit être aspirée.
L’huile aspirée est acheminée à l’aide du module de pompe à huile via un thermostat d’huile au réservoir d’huile.

De là, l’huile est à nouveau aspirée et pompée sous pression par le module de pompe à huile dans le
circuit d’huile moteur.
En fonction de la position des thermostats d’huile, l’huile en direction du réservoir d’huile est soit refoulée directement, soit refoulée via le radiateur d’huile (air/huile) supplémentaire.

Réservoir d’huile

L’huile, refoulée par le module de pompe à huile dans le réservoir d’huile, arrive dans le réservoir d’huile via un tube d’huile à double flux aboutissant à un cyclone. Lors de son introduction dans le cyclone, un mouvement de rotation est imprimé à l’huile, ce qui provoque son dégazage simultané.

Lors de l’écoulement de l’huile dans le réservoir d’huile, cette dernière traverse des chicanes, ce qui assure l’élimination de la mousse et la tranquillisation de l’huile. Les gaz de carter dégagés parviennent, dans la partie supérieure du réservoir d’huile, au séparateur d’huile. Le réservoir d’huile renferme le tube de remplissage d’huile, la jauge d’huile et le transmetteur de niveau et de température d’huile G266.

Mécanique moteur

Pompe à huile

Le module de pompe à huile est monté à l’extérieur du moteur et est entraîné via la commande à chaîne D.
Il se compose de la pompe d’aspiration et de refoulement servant au remplissage du réservoir d’huile, de la pompe d’aspiration et de pression pour la réserve d’huile du moteur et de la pompe d’aspiration pour l’huile de retour du turbocompresseur.

La pompe à huile et la pompe de liquide de refroidissement constituent une unité et ne peuvent être remplacées qu’ensemble. Seul le boîtier du thermostat avec le régulateur du liquide de refroidissement intégré peut être remplacé individuellement.

Circulation de l’huile

L’huile retournant des points de graissage est aspirée dans la pompe aspirante, via le module d’aspiration, et refoulée dans le réservoir d’huile.

L’huile refroidie en provenance du réservoir d’huile est aspirée dans la pompe de pression et pompée dans le circuit d’huile du moteur.

Légende:

1 Chambre du vilebrequin 5 (K5)
2 Retour du carter de chaîne
3 Retour d’huile de la culasse, rangée de cylindres droite
4 Retour d’huile de la culasse, rangée de cylindres gauche
5 Chambre du vilebrequin 4 (K4)
6 Chambre du vilebrequin 3 (K3)
7 Chambre du vilebrequin 2 (K2)
8 Chambre du vilebrequin 1 (K1)
9 Vers thermostat d’huile
10 Vers canal d’huile principal
11 Venant du réservoir d’huile
12 Pompe d’aspiration
13 Pompe de pression
14 Pompe aspirante pour le retour d’huile des deux turbocompresseurs
15 Séparation du carter

Pression d’huile au ralenti 1,5 bar min. ; à 2000 tr/min 3,5 bar min.

Mécanique moteur

Thermostat d’huile

En vue d’un meilleur refroidissement, un radiateur d’huile supplémentaire est intégré dans le circuit
d’huile. Suivant la température, il est traversé par l’huile ou fait l’objet d’une dérivation.

La régulation est assurée par un thermostat d’huile implanté sur la face inférieure du moteur.

Thermostat fermé

Lorsque le moteur ou l’huile moteur sont froids, l’huile en retour aspirée est pompée dans le boîtier
du thermostat d’huile. Le thermostat ferme, à l’état détendu, l’arrivée au radiateur d’huile, l’huile se trouvant dans le boîtier du thermostat étant directement acheminée au réservoir d’huile.

En combinaison avec l’échangeur de chaleur (huile/eau) situé dans le V intérieur du moteur, l’huile moteur est ainsi amenée plus vite à sa température de service.

Thermostat ouvert

À partir d’une température de l’huile de 100 °C, le thermostat d’huile ouvre l’arrivée au radiateur d’huile. Une capsule de cire dans le thermostat se dilate en cas de réchauffement et vient en appui sur le boîtier du thermostat. Du fait de cet appui, le thermostat est déplacé en surmontant la force du ressort, libère le canal annulaire et ferme simultanément l’arrivée directe au réservoir d’huile.

Via ce canal annulaire, l’huile parvient au radiateur d’huile et, de là, retourne dans le boîtier du thermostat d’huile, pour arriver dans le réservoir d’huile.
Dans le radiateur d’huile, l’huile moteur est refroidie par le flux du vent créé par le déplacement du véhicule.

Mécanique moteur

Recyclage des gaz de carter et dégazage du carter

Les gaz de carter produits lors de la combustion sont prélevés par le V intérieur et le couvre-culasse gauche
et acheminés au séparateur d’huile grossier du dégazage du carter situé sur le réservoir d’huile.

Après avoir été introduits dans le séparateur grossier, les gaz de carter parviennent via un labyrinthe, à dix cyclones, dans lesquels a lieu une séparation grossière de l’huile des gaz de carter.
Ensuite, ils arrivent par le séparateur d’huile fin au couvre-culasse droit.

Les gaz de carter de la rangée de cylindres droite sont également introduits par ce séparateur d’huile fin et les gaz sont acheminés conjointement à la combustion. Comme, sur les turbomoteurs, il règne alternativement dans la tubulure d’admission dépression et pression de suralimentation (surpression), les gaz de carter exempts d’huile doivent être introduits dans différents canaux et acheminés à la combustion.

Pour que les gaz de carter introduits ne gèlent pas à des vitesses élevées du flux, le point d’introduction dans
la tubulure d’admission est chauffé par du liquide de refroidissement en provenance des culasses.

Au ralenti et à charge partielle, il y a ouverture d’un clapet antiretour sur la tubulure d’admission sous l’effet de la dépression et les gaz de carter peuvent être aspirés. Simultanément, les deux clapets antiretour des turbocompresseurs se ferment.

À pleine charge et lors de l’application de la pression de suralimentation dans la tubulure d’admission, le clapet antiretour sur la tubulure se ferme et les clapets antiretour côté admission des turbocompresseurs s’ouvrent. Les gaz de carter exempts d’huile arrivent alors dans la zone exempte de pression des turbocompresseurs et sont acheminés à la combustion via le circuit d’air de suralimentation allant à la tubulure d’admission.

Mécanique moteur

Circuit de refroidissement

Le régulateur de liquide de refroidissement étant fermé, il ya ouverture interne de l’arrivée du V intérieur du moteur à la pompe de liquide de refroidissement.
Le liquide de refroidissement va directement à la pompe de liquide de refroidissement et retourne au circuit de refroidissement du moteur.
Il s’agit du petit circuit de refroidissement, dans lequel sont intégrés des éléments tels que le radiateur d’huile du moteur (eau/huile), l’alternateur, les turbocompresseurs et les échangeurs de chaleur du chauffage.

Régulateur de liquide de refroidissement supplémentaire pour radiateur à eau supplémentaire droit

À l’état froid, le régulateur de liquide de refroidissement supplémentaire du radiateur à eau supplémentaire droit est fermé.
Le liquide de refroidissement est acheminé de A à C, c’est-à-dire sans passer par le radiateur à eau supplémentaire, vers le radiateur à eau principal.

Légende:
A Le liquide de refroidissement vient du radiateur à huile (eau/huile) dans le V intérieur du moteur
B Fermé
C Le liquide de refroidissement ne passe pas par le radiateur à eau supplémentaire (conduite de court-circuitage)

Mécanique moteur

Le régulateur de liquide de refroidissement étant ouvert (à partir de 87 °C) il y a fermeture interne de l’arrivée du V intérieur du moteur à la pompe de liquide de refroidissement.
Le liquide de refroidissement traverse le radiateur à eau principal et arrive après refroidissement à la pompe de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement provenant du V intérieur du moteur est alors acheminé via une dérivation au radiateur à eau supplémentaire gauche. Il y a ici, comme du côté droit, une régulation thermostatique pour le radiateur à eau supplémentaire gauche.
Dans le grand circuit de refroidissement, il y a intégration du radiateur à eau principal, des radiateurs à eau supplémentaires gauche, central et droit, qui constituent ainsi une grande surface de refroidissement, permettant d’assurer la régulation de la température du liquide de refroidissement.

Régulateur de liquide de refroidissement supplémentaire pour le radiateur à eau supplémentaire droit

À partir d’une température du liquide de refroidissement de 90 °C, le régulateur de liquide de
refroidissement supplémentaire s’ouvre et libère la voie au liquide de refroidissement de A vers B.
Le liquide de refroidissement traverse alors le radiateur à eau supplémentaire droit et arrive ensuite dans le radiateur principal.

Légende :

A Le liquide de refroidissement vient du radiateur à huile (eau/huile) dans le V intérieur du moteur
B Le liquide de refroidissement est refoulé via le régulateur de liquide de refroidissement dans le radiateur à eau supplémentaire
C Fermé

Mécanique moteur

Légende :

1 Radiateur à eau supplémentaire droit
2 Régulateur de liquide de refroidissement supplémentaire
3 Réservoir de remplissage
4 Alternateur
5 Pompe de recirculation du liquide de refroidissement V51
6 Vase d’expansion (liquide de refroidissement)
7 Turbocompresseur droit
8 Bloc hydraulique de la pompe
9 Échangeur de chaleur du chauffage droit
10 Échangeur de chaleur du chauffage gauche
11 Vis de purge
12 Chauffage du dégazage du carter sur la tubulure d’admission
13 Radiateur d’huile moteur supérieur (eau/huile)
14 Turbocompresseur gauche
15 Pompe de liquide de refroidissement
16 Régulateur de liquide de refroidissement supplémentaire pour refroidissement de l’huile de boîte
17 Radiateur d’huile pour boîte transfert (eau/huile)
18 Régulateur de liquide de refroidissement
19 Radiateur d’ATF (eau/huile)
20 Pompe de circulation 2, V403
21 Clapet antiretour
22 Radiateur à eau supplémentaire gauche
23 Radiateur à eau principal
24 Radiateur à eau de boîte (eau/air)
25 Radiateur à eau supplémentaire inférieur
26 Transmetteur de température de liquide de refroidissement G62

Afin d’éviter des dommages aux turbocompresseurs imputables à une accumulation de chaleur lors de la coupure du moteur chaud, le calculateur du moteur J623 (maître) pilote via le relais de continuation de circulation du liquide de refroidissement J151 la pompe de recirculation temporisée V51.

En fonction de la température du liquide de refroidissement, la pompe fonctionne entre 540 secondes et 800 secondes (maximum).
La pompe de recirculation refoule le liquide de refroidissement dans le sens inverse de circulation du liquide de refroidissement, du radiateur à eau principal via les turbocompresseurs dans le bloc moteur, puis à nouveau, via le régulateur de liquide de refroidissement ouvert, par le radiateur à eau principal.

Cette circulation permet d’exploiter la grande surface des radiateurs et la recirculation du ventilateur pour évacuer la chaleur accumulée dans les turbocompresseurs.
Dans le cas contraire, l’huile chaude peut se carboniser dans les paliers du turbocompresseur et provoquer l’endommagement des paliers de l’arbre de turbine flottant dans l’huile.

Gestion du moteur

Synoptique du système

Capteurs

Gestion du moteur

Gestion du moteur

La gestion du moteur fonctionne avec une commande p/n sans débitmètre d’air massique.

Le transmetteur de pression de tubulure d’admission G71 et le transmetteur de température de tubulure d’admission G72 sont montés sur la tubulure avant et sont directement en contact avec l’air d’admission dans la tubulure d’admission.

La charge du moteur est calculée dans le calculateur du moteur J623 (maître) par les grandeurs suivantes:

– régime moteur (n)
– pression de la tubulure d’admission (p)
– température de la tubulure d’admission
– angle de papillon

Le calculateur calcule alors, en tenant compte des facteurs de correction, le point d’allumage et la durée d’injection.

Les facteurs de correction sont :

– détection du cliquetis sélective par cylindre
– régulation lambda
– régulation du ralenti
– régulation du filtre à charbon actif

Fonction de remplacement

En l’absence des signaux du transmetteur de pression de tubulure d’admission, le calculateur du moteur fait appel, pour le calcul du temps d’injection ainsi que du point d’allumage, aux signaux des potentiomètres de papillon et du régime. Si le signal du transmetteur de température de l’air d’admission fait défaut, une valeur de remplacement de 45 °C est utilisée.

Régulation de la pression de suralimentation

Chaque rangée de cylindres a son propre circuit de turbocompresseur et renferme les composants suivants :

– module collecteur d’échappement-turbocompresseur
– radiateur d’air de suralimentation (air/air)
– électrovanne de limitation de la pression de suralimentation/mode pop-off
– capteur de pression de suralimentation
– élément de papillon

Un capteur de pression de suralimentation équipe chaque circuit d’air de suralimentation, du radiateur d’air de suralimentation à la tubulure d’admission.
Le signal des capteurs de pression de suralimentation est comparé par le calculateur du moteur avec la cartographie et transmis via les électrovannes de limitation de la pression de suralimentation N75/N274 aux capsules de pression du turbocompresseur.

Via les électrovannes de limitation de la pression de suralimentation N75/N274 pilotées par impulsions, une pression de commande est formée à partir de la pression de suralimentation et de la pression d’admission.
La pression de commande appliquée agit sur les capsules de pression, qui actionnent les clapets de décharge via une tringlerie. Les clapets de décharge ouvrent respectivement un canal by-pass, en vue de dériver une partie des gaz d’échappement et de l’acheminer au système d’échappement sans passer par les turbines. Cela permet de réguler le régime des turbines et de régler une pression de suralimentation maximale.
En décélération, les électrovannes de limitation de la pression de suralimentation N75/N274 ouvrent le by-pass des turbines d’air de suralimentation en direction de la tubulure d’admission en amont des turbocompresseurs et réalisent ainsi la commande pop-off.

Nota
En l’absence d’alimentation en courant, la pression
de suralimentation agit directement sur la capsule
de pression et à l’encontre de sa force de ressort.
Cela permet de limiter la pression de suralimentation
maximale possible à une pression de
suralimentation de base.

Gestion du moteur

Aspiration d’huile du turbocompresseur

Les turbocompresseurs sont alimentés en huile à partir des canaux d’huile sous pression des culasses. Le retour d’huile n’est pas directement réacheminé, comme jusqu’à présent, au bloc moteur, mais est aspiré par une pompe d’aspiration propre.

La pompe d’aspiration est directement intégrée dans le module de pompe à huile et pompe l’huile aspirée au niveau interne via la pompe de refoulement et les thermostats d’huile dans le réservoir d’huile.

Limitation du débit volumique

Dans le cas de régimes élevés et de la puissance d’aspiration élevée de la pompe d’aspiration allant de pair, la puissance d’aspiration est réduite par aspiration d’air.

La pompe d’aspiration provoque, au point de raccord du tube de retour d’huile et du tube à air, un effet « venturi », qui aspire l’air du filtre à air dans le flux d’aspiration de l’huile.
Ce mélange huile/air est, au niveau interne, refoulé par la pompe de refoulement dans le réservoir d’huile, les éléments étant à nouveau séparés dans le cyclone du réservoir d’huile.

Des régimes élevés se traduisent par une puissance d’aspiration élevée de la pompe d’aspiration. Sans la limitation du débit volumique, il risquerait de se produire une aspiration de l’huile avant que l’huile ne parvienne au point de graissage dans le turbocompresseur.