Présentation moteur: Audi V10 5.2l FSI

Présentation moteur: Audi V10 5.2l FSI

publié le 20 mars 2015
Thème: Présentation moteur
Par Guillaume Darding

S'il ne subit pas de modifications majeures pour la sortie de la nouvelle Audi R8, le V10 FSI est désormais équipé d'une double injection et de la désactivation des cylindres pour satisfaire aux normes d'émissions en vigueur. Il sera désormais disponible en deux versions: V10 (540 chevaux) et V10 plus (610 chevaux).

Architecture

Le V10 5,2l FSI partage sa conception avec le V6 3,2l FSI (vu sur A4, A5, A6, A8 - à ne pas confondre avec le VR6 FSI utilisé par Volkswagen) et le V8 4,2l FSI (utilisé par la RS4 depuis 2005, vu aussi sur la S5, l'A6, l'A8, la R8, le Q7 et le Touareg).

Audi R8 V10 FSI - vue générale
Audi R8 V10 FSI - vue générale

Ces 3 moteurs reposent sur un bloc moteur réalisé à partir de fonte d'aluminium tandis que des inserts en fonte d'acier sont intégrés dans le soubassement pour guider le vilebrequin. Ce dernier est en acier forgé.

L'angle d'ouverture entre les cylindres est de 90°, un angle inhabituel pour un V10 (il est normalement de 72°, afin de limiter naturellement les vibrations). Pour contrecarrer les vibrations intrinsèques à cette architecture, le vilebrequin est naturellement déséquilibré par l'ajout de masselottes sur les contrepoids situés à chaque extremité du vilebrequin.

L'angle de 90° vient du fait que la conception est commune au V8 (le V6 présente le même angle alors que l'angle standard est de 60° pour un 6 cylindres en V). Un angle plus élevé permet d'abaisser le centre de gravité du moteur (les cylindres sont plus horizontaux) tandis que l'encombrement en largeur est plus important. Toutefois, dans le cas d'un moteur en position central arrière comme celui de la R8, ce point n'est pas handicapant car la largeur n'est pas limitée par les points d'ancrage de la suspension.

Moteur Renault F1 RS22 2002
Moteur Renault F1 RS22 2002

Renault avait utilisé ce procédé en F1 durant les saisons 2001 à 2003 avec un angle d'ouverture entre les deux bancs de cylindres atteignant 111°. Cette conception fût abandonnée en 2004 avec le retour à un angle traditionnel de 72° pour améliorer la fiabilité de leur groupe motopropulseur (le moteur devant tenir un minimum de 700 km et les régime de rotation atteignant plus de 17.000 tr/min).

Géométrie des pistons

Les pistons sont réalisés à partir de fonte d'aluminium. La tête des pistons a été développée de manière à favoriser les tourbillons dans le cylindre durant la phase d'admission. Ceci permet d'obtenir un meilleur mélange air/essence et par là, d'améliorer la combustion.

Audi R8 V10 FSI - détail pistons
Audi R8 V10 FSI - détail pistons

L'alésage des pistons est de 84.5mm pour une course de 92.8mm. Le V10 5,2l FSI est donc un moteur longue course qui permet de privilégier la courbe de couple à bas régime. Bien que ce type d'architecture est moins prompte aux haut régimes, le V10 atteint tout de même son régime de puissance maximum à 7.800 tr/min. Le taux de compression est de 12,5:1.

Distribution

L'activation des soupapes se fait à l'aide de 4 arbres à cames en tête (1 pour l'admission et 1 pour l'échappement par banc de cylindres). Les arbres à came sont mis en rotation par l'intermédiaire de chaînes. Afin de réduire les masses en rotation, ces 4 arbres sont creux.

Audi R8 V10 FSI - distribution par chaîne
Audi R8 V10 FSI - distribution par chaîne

La chaîne principale est entrainée par le vilebrequin. Celle-ci entraîne alors deux autres chaînes reliées chacun à 2 arbres à cames. Enfin, une quatrième chaîne entraîne les accessoires (pompe à huile, compresseur de climatisation, direction assistée et arbre d'équilibrage).

Le calage des soupapes est variable en continu sur 42° tant à l'admission qu'à l'échappement.

Admission

L'admission en air frais se fait grâce à deux prises d'air dissimulées dans la partie inférieure des sideblades. La régulation du débit d'air se fait à l'aide de deux papillons. La position des papillons est contrôlée électroniquement par le calculateur moteur en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélération notamment.

Audi R8 V10 FSI - intégration du moteur dans le véhicule
Audi R8 V10 FSI - intégration du moteur dans le véhicule

Si le V10 5,2l FSI de la S6 et la S8 comportait une admission à deux voies (avec un chemin court, pour les bas régimes et les haut régimes, et un chemin long pour les régimes intermédiaires), ceci dans l'optique d'obtenir plus de couple à bas régime, le V10 de la R8 (tout comme le V10 5.0l et 5.2l FSI de la Lamborghini Gallardo notamment) se satisfait d'une admission plus directe pour chercher la puissance à haut régime. De fait, le moteur de la R8 est plus pointu et se rapproche de la conception d'un moteur de course.

Audi S8 V10 FSI - admission à double étage
Audi S8 V10 FSI - admission à double étage

Dans le cas de la R8 V10, le couple maximum est de 540 N.m au régime de 6.500 tr/min. Dans le cas de l'ancienne S6, le V10 proposait le même couple de 540 N.m entre 3.000 et 4.000 tr/min.

En revanche, le V10 de la R8 conserve les volets actifs à l'admission. Ces volets sont intégrés dans chacun des 10 canaux d'admission et sont activés à faible charge notamment. Ils occultent alors une large surface du conduit afin de générer plus de turbulences à l'intérieur du cylindre et d'améliorer le mélange air/essence à l'intérieur du cylindre.

Combustion

Les injecteurs principaux injectent le carburant directement dans le cylindre. Ils sont alimentés en carburant via deux rampes communes, la pression d'injection atteint 100 bars. Chacun des injecteurs comporte un trou pour amener le carburant à l'intérieur du cylindre (à comparer avec un injecteur diesel pouvant avoir jusqu'à 10 trous).

D'autre part, 10 autres injecteurs sont implantés au niveau des volets des tubulures d'admissions: il s'agit donc d'une injection indirecte. Ils sont majoritairement utilisés pendant les phases de faible et moyenne charge.

Echappement

L'échappement des gaz se fait à travers deux collecteurs à double étage (un par banc de cylindres). Une première étape consiste à réunir les gaz d'échappement des 3 premiers cylindres indépendemmant des deux derniers. Le deuxième étage du collecteur rassemble les deux tubulures en amont du premier catalyseur métallique.

Ce type de collecteur réalise un bon compromis entre compacité (les catalyseurs sont plus proches de la sortie moteur pour une mise à température plus rapide) et efficacité (les gaz d'échappement ne retournent pas dans le cylindre lorsque la soupape d'échappement d'un cylindre voisin s'ouvre, réduisant alors le rendement moteur et augmentant les émissions nocives).

Les gaz d'échappement passent ensuite à travers un second catalyseur (intégré dans le silencieux arrière) avant d'être rejetés dans l'atmosphère par l'intermédiaire de 4 sorties d'échappement.

Audi R8 V10 FSI - vue moteur et échappement
Audi R8 V10 FSI - vue moteur et échappement

Lorsque le moteur est utilisé à faible ou moyenne charge, deux des quatre sorties sont obstruées par l'entremise d'un volet actif. Les gaz d'échappement sont forcés de passer à travers plusieurs parois perforées dans le silencieux, ce qui permet de diminuer sensiblement le bruit à l'échappement tout en gommant les résonances sonores à bas régime.

A l'inverse, lorsque le moteur est utilisé à pleine charge, les volets s'ouvrent et la plupart des gaz d'échappement sont en mesure de parcourir un chemin plus direct, afin de réduire la contrepression des gaz (gain en puissance).

A l'aide d'une pompe et via des canaux creusés dans la culasse, de l'air frais peut être injecté juste après les soupapes d'échappement. Les gaz d'échappement, alors enrichis en oxygène, favorisent l'oxydation thermique. Cette oxydation permet une élévation significative de la température des gaz afin d'obtenir une mise en température plus rapide des catalyseurs.

Or, les catalyseurs ont besoin d'une température relativement élevée pour optimiser la dépollution des gaz d'échappement. L'injection secondaire d'air permet donc de réduire les émissions nocives des gaz d'échappement lors des démarrages à froid. Dès que les catalyseurs sont à température, l'injection d'air frais est stoppée.

Lubrification et refroidissement

La lubrification du moteur se fait par carter sec, c'est-à-dire que le réservoir d'huile est séparé du bloc moteur. Si ce procédé est plus complexe et donc plus coûteux, il permet surtout d'assurer une meilleure lubrification du moteur en conditions sévères (en évitant les risques de déjaugeage en virage notamment). D'autre part, le carter d'huile n'étant pas intégré au bloc moteur, mais à côté, la hauteur du moteur s'en trouve réduite, ce qui permet aussi de réduire la hauteur du centre de gravité du véhicule.

Le V10 FSI qui motorisait la S6 et la S8 se différenciait, tout comme pour la partie admission, du V10 de la R8 par une lubrification à carter humide.

Audi R8 V10 FSI - admission
Audi R8 V10 FSI - admission

Le refroidissement du moteur se fait classiquement par eau avec un circuit court et un circuit long. Lorsque le moteur est froid, le liquide est envoyé au sein du bloc moteur via la pompe à eau pour être distribué ensuite à chaque banc de cylindres où il circule longitudinalement. Le liquide est ensuite renvoyé directement vers la pompe à eau. Lorsque le moteur est à température, le liquide est renvoyé vers les radiateurs situés à l'avant du véhicule.

Puissance et couple

La nouvelle R8 est disponible avec deux niveau de puissance distincts. La première, dénommée V10, offre une puissance de 540 ch à 7.800 tr/min et un couple de 540 N.m à 6.500 tr/min.

Audi R8 V10 FSI - courbes puissance et couple
Audi R8 V10 FSI - courbes puissance et couple

La seconde version, V10 plus, propose une puissance de 610 chevaux à 7.800 tr/min et un couple de 560 N.m à 6.500 tr/min.

Audi R8 V10 plus FSI - courbes puissance et couple
Audi R8 V10 plus FSI - courbes puissance et couple

Les deux versions restent intrinsèquement identiques sur le plan mécanique. Le V10 plus bénéficie d'une reprogrammation (calage des soupapes, injection, volet actif à l'admission,...) pour offrir plus de puissance.

Mise en conformité Euro 6

Afin de réduire les émissions de particules et d'être conforme aux futures évolutions de la norme Euro, le V10 5,2l FSI est désormais équipé d'une double injection, à savoir une injection directe (le mode d'injection unique utilisé jusqu'à présent) et une injection indirecte. L'injection indirecte a pour but de réduire les émissions de particules à faible et moyenne charge.

Le V10 FSI est par ailleurs équipé de la désactivation des cylindres à charge partielle. Dans le cas présent, un des deux bancs de cylindres est mis à l'arrêt par une coupure de l'injection ainsi qu'une interruption de l'allumage dans les cylindres concernés. Dans ces conditions, le V10 s'apparente à un 5 cylindres en ligne, même si l'ordre d'allumage des cylindres (1-5-2-3-4) diffère de celui d'un 5 cylindres en ligne traditionnel (1-2-4-5-3).

Enfin, le V10 de la R8 est désormais équipé d'une fonction Start/Stop qui permet de stopper automatiquement le moteur dès que le véhicule est à l'arrêt.

Production

Le moteur de la R8 est produit dans l'usine hongroise de Györ, tout comme son prédecesseur. Audi est implanté en Hongrie depuis plus de 20 ans et a déjà produit plus de 25 millions de moteurs sur ce site. Le groupe motopropulseur est ensuite rapatrié en Allemagne pour rejoindre la ligne d'assemblage final de la R8.

Audi R8 V10 FSI - assemblage du moteur en Hongrie - site de Györ
Audi R8 V10 FSI - assemblage du moteur en Hongrie - site de Györ

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.0l Ecoboost»

il y a 15 jours

Bonjour Philoup69, d'après ce que vous décrivez, il me semble que le problème de durite (j'imagine le tuyau de dégazage du liquide de refroidissement qui a fait l'objet d'un rappel de la part de Ford) pourrait être la cause de vos soucis actuels. Il me semble probable que votre moteur ait surchauffé à cause de ce problème de durite. Pour sûr, j'ai pu répertorier plusieurs cas similaires sur les forums français et étrangers, sans que cela ne remette foncièrement en cause la bonne réputation de ce moteur.

vieri28 à propos de l'article «Essai: pneus Michelin CrossClimate»

il y a 18 jours

Bonjour, et merci pour cet essai longue durée, forcément plus intéressant et pertinent en terme de retour qu'une prise en main réalisée lors de la présentation par le fabricant, comme ce que j'ai pu lire jusqu'ici. J'utilise actuellement 2 jeux de roues (été et hiver), et cela représente un budget relativement important. J'ai la chance d'avoir encore une dimension de roue économique (195/65/R15), mais ce ne sera certainement plus le cas le jour du changement de voiture. N'habitant pas en montagne mais en plaine, la lecture de votre article me conforte sur le fait de passer sur ce pneu dans le futur.

Philoup69 à propos de l'article «Présentation moteur: Ford 1.0l Ecoboost»

il y a 19 jours

Bonjour, Et la fiabilité ? Mon Grand C-Max Titanium est immobilisé, dans un garage Ford depuis le 11 Janvier 2017. Au départ, j'ai constaté une absence de chauffage. Premier devis: remplacement de la pompe à eau = 1 800 €. Après cette réparation, le mécanicien a remarqué un dégagement de fumée par le pot d'échappement (mauvais signe ...). Démontage et analyse de la culasse: le troisième cylindre est endommagé. Suite à une surchauffe, il faut remplacer le moteur ! Second devis: remplacement du moteur = 7 078,94 €. Mon véhicule date de fin Janvier 2013 (moins de 4 ans au moment du problème) et a 122 000 Kms (moteur EcoBoost 1.0 125 cv). En Janvier 2016, j'avais déjà eu un problème de durite à 90 439 Kms (une première alerte ?). Est-ce un problème connu du moteur Ecoboost ?

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