Présentation moteur: Audi 2.0l TFSI

Présentation moteur: Audi 2.0l TFSI

Guillaume Darding - 05 octobre 2016

Le 2.0l TFSI est un moteur essence stratégique pour Audi et plus largement le groupe Volkswagen car il équipe une large part de la gamme du constructeur, de la citadine (Audi S1) à la grande berline routière (Audi A6, Audi A7). En outre, il est présent dans de nombreux modèles des autres constructeurs du groupe.

La dernière évolution du 2.0l TFSI, qui équipe la nouvelle Audi A4 depuis fin 2015, s’inscrit dans la tendance du « rightsizing » et du « downspeeding » (à l'image de Mazda): il s’agit d’améliorer le rendement du moteur à bas régime et moyen régime, cette plage étant plus représentative des modes réels d’utilisation d'un moteur.

Audi A4 2.0l TFSI - sous le capot

Cette approche prend le contrepied du « downsizing » qui consiste à réduire au maximum la cylindrée des moteurs et à réduire le nombre de cylindres. Ainsi, le 2.0l TFSI de dernière génération prend le relais à la fois du 1.8l TFSI et du 2.0l TFSI (dans ses déclinaisons de puissance les plus faibles).

Historique

Le 2.0l TFSI est un moteur présent dans la gamme du groupe Volkswagen depuis 2004. La première génération du 2.0l turbo à injection directe, s’articulait d’un bloc moteur essence existant (EA 113), avant de reposer sur un bloc moteur développé spécifiquement pour les moteurs à injection directe (EA 888).

Le développement du moteur EA 113 n’a pas été abandonné pour autant, notamment dans ses variantes sportives: il équipait notamment les Audi TTS de précédente génération et les Golf R de sixième génération. Leurs remplaçantes utilisent désormais le EA 888.

Volkswagen Golf 6 R - moteur EA 113

La première génération du moteur EA 888 a été produite à partir de la mi-2007. Le moteur répondait alors aux normes de dépollution Euro 4. La deuxième génération de ce moteur est apparue en septembre 2008 afin de satisfaire les normes Euro 5. La troisième génération, commercialisée depuis fin 2011, a été développée en vue des normes Euro 6.

La dernière évolution du 2.0l TFSI, dénommée Génération 3B, est proposée depuis fin 2015. Elle anticipe la mise en application de l’évolution des normes Euro 6 applicables en 2017. Ces dernières imposent une réduction significative des émissions de particules fines.

Architecture

Le 2.0l TFSI est un 4 cylindres en ligne essence pouvant être monté aussi bien en position longitudinale (Audi A4 par exemple) qu'en position transversale (Audi A3 par exemple). Il s'articule autour d'un bloc moteur réalisé en fonte grise. La cylindrée de 2.0l est obtenue par un alésage de 82,5 mm pour une course de piston de 92,8 mm. Il s’agit donc d’un moteur de type longue course privilégiant le couple à bas régime plutôt que les hauts régimes de rotation.

Le moteur est pourvu de 2 arbres d’équilibrage. Dans le cas du EA 113, ceux-ci sont logés sous le vilebrequin. Pour l’EA 888, les arbres ont été positionnés plus haut et sont intégrés dans le bloc moteur. Cette disposition au-dessus du centre de gravité du moteur permet d’être encore plus efficace en matière de réduction des vibration (moins de mouvement de rotation autour de l’axe du vilebrequin) au bénéfice du confort général.

moteur Audi EA 888 Génération 3B

Dans sa version EA 113, le taux de compression s’élève à 10.5:1. Les versions les plus puissantes (du type Golf R de sixième génération) ont un taux de compression plus faible à 9.8:1. Tous les moteurs de la famille EA 888 partagent un taux de compression de 9,6:1, à l’exception notable du moteur équipant l’Audi S3 qui voit son taux de compression réduit à 9,3:1. Enfin, dans sa dernière évolution (3B), le taux de compression est significativement plus élevé (11,7:1)

A partir de la génération 2 de la famille EA 888, la lubrification du moteur se fait à l’aide d’une pompe à huile à débit régulé, c’est-à-dire que le débit de la pompe peut être réduit indépendamment de la vitesse de rotation du vilebrequin.

Distribution

Les moteurs EA 113 utilisent une distribution par courroie crantée tandis que les moteurs de la génération EA 888 font appel à une distribution par chaîne. Les soupapes sont actionnées à l’aide de linguets à rouleaux.

Chaque cylindre est équipé de 4 soupapes (deux à l’admission, deux à l’échappement). Dans le cas des moteurs de type EA 113 et EA 888 de première génération, le calage variable des soupapes se fait uniquement à l’admission sur une plage de 42° (60° dans le cas du EA 888). Les générations suivantes peuvent compter sur le calage variable des soupapes à l’admission et à l’échappement.

A partir de la génération 3 (et sur les 2.0l TFSI montés longitudinalement de la génération 2), l’arbre à cames côté échappement est équipé de l’AVS (Audi Valvelift System): pour chaque soupape, l’arbre à cames comporte 2 profils de cames différents: un adapté pour les bas régimes, un pour les hauts régimes.

A bas régime (inférieur à 3.000 tr/min), les soupapes d’échappement ne sont ouvertes qu’aux deux tiers de leur course totale et sur une durée restreinte. A haut régime, les soupapes utilisent la totalité de leur course et s’ouvrent plus longuement.

L’AVS permet de favoriser la disponibilité du couple à bas régime en évitant le retour des gaz d’échappement à l’intérieur du cylindre tout en garantissant un niveau de puissance élevé dans les plus hauts régimes. La sélection du profil de came se fait par le déplacement transversal de l’arbre à cames.

Pour ce qui concerne les moteurs de la génération 3B, l’AVS est désormais monté sur l’arbre à cames d’admission et non plus côté échappement. Ce changement de disposition a été dicté par le fait que le moteur peut aussi bien fonctionner selon le classique cycle de Beau de Rochas ou selon un cycle s’inspirant du cycle de Miller.

comparaison cycle Miller / cycle Beau de Rochas

Au contraire du classique cycle de Miller qui consiste à fermer tardivement la soupape d’admission alors que le moteur est en phase de compression (le piston remonte dans le cylindre), Audi a plutôt choisi une faible durée d’ouverture des soupapes d’admission (140° d’angle vilebrequin), une levée des soupapes plus faibles et une fermeture prématurée (avant que le piston n’atteigne le point mort bas dans sa phase de descente). Dans les deux cas, le but reste identique: étant donné qu’il y a moins d’air admis dans le cylindre, la phase de compression demande moins d’énergie et la phase de détente (celle qui produit effectivement de l’énergie), plus longue que la phase de compression, permet alors d’obtenir un meilleur rendement du moteur.

Ce type de cycle est utilisé depuis de nombreuses années sur les véhicules hybrides Toyota (cycle Aktinson) et plus récemment sur d'autres motorisations du constructeur japonais (Toyota 1.2l turbo). Il est particulièrement efficace à faible et mi-charge où le moteur offre un meilleur rendement. En contrepartie, sous forte charge, la puissance est limitée.

Afin de pallier ce défaut et de proposer des puissances élevées à haut régime, l'AVS change de profil de came d'admission lorsque le moteur est fortement sollicité (aux environs de 3.000 tr/min). Le moteur fonctionne alors selon le cycle Beau de Rochas (levée complète des soupapes d’admission et ouverture des soupapes pendant 170°).

Admission

Les canaux d’admission sont équipés de volets destinés à améliorer la circulation de l’air à bas régime. Lorsque le régime moteur est inférieur à 3.000 tr/min, les volets sont levés afin d’initier un fort mouvement de turbulence vertical (le tumble) et d’obtenir un mélange air/carburant plus homogène à l’intérieur du cylindre. A haut régime, les volets sont abaissés afin de maximiser l’apport en air dans le cylindre, le débit plus important favorisant, par ailleurs, la formation du tumble.

A partir de la génération 3, ces volets ont été modifiés. Ils sont devenus asymétriques : la partie gauche est légèrement réhaussée tandis que la partie droite du volet est rabaissée. Cette configuration permet à la fois de générer le tumble ainsi qu’un tourbillon (swirl) à l’intérieur du cylindre.

Echappement

Les gaz d’échappement sont évacués du cylindre à travers un collecteur en fonte d’acier. A partir de la troisième génération, le collecteur est intégré dans la culasse (réalisée à partir d'alliages d’aluminium) et refroidi par liquide.

Avec le collecteur intégré dans la culasse, lors d’un démarrage à froid, le liquide de refroidissement peut atteindre sa température de fonctionnement plus rapidement. En fonctionnement normal, le refroidissement du collecteur d’échappement permet de refroidir les gaz d’échappement : la turbine du turbocompresseur est soumise à des températures moins sévères et il n’est plus utile de fonctionner en mélange riche à haut régime pour refroidir les gaz d’échappement.

Volkswagen 2.0l TSI EA 888 - collecteur d'échappement intégré dans la culasse

Dans les deux cas, le schéma du collecteur est un schéma 4-2-1 : les cylindres 1 et 4 sont dissociés des cylindres 2 et 3 avant que les deux canaux ne se rejoignent juste avant l’entrée du turbocompresseur.

A partir de la génération 3B, le turbocompresseur a été retravaillé au niveau du carter de turbine côté échappement. Les gaz d'échappement viennent impacter la turbine côté échappement à la fois de manière radiale et axiale (traditionnellement, les gaz d'échappement entraînent la turbine en arrivant radialement avant d'être évacués de manière axiale). Afin de s'accommoder à ce nouveau chemin des gaz d'échapement, le dessin des ailettes de la turbine a été profondément revu.

Ainsi, les efforts exercés sur la turbine côté échappement sont significativement réduits, au bénéfice de la réactivité du turbo lors d'une accélération soudaine.

D’autre part, la troisième génération de la famille EA 888 compte sur une soupape de décharge (wastegate) électrique (au lieu d’une soupape pneumatique). L’actionneur électrique permet une gestion beaucoup plus fine de la pression de suralimentation du turbo grâce à sa plus grande réactivité et ce, à tous les régimes de fonctionnement moteur.

Lorsque le moteur est froid, la wastegate réduit sensiblement la pression du turbocompresseur. Il y a donc plus de gaz d’échappement passant directement du collecteur au catalyseur. Ces gaz d’échappement sont plus chauds que les gaz d’échappement transitant par le turbocompresseur, le catalyseur monte donc plus vite en température.

Enfin, lorsque le moteur est sollicité (avec une conduite de type sportive), la wastegate électrique étant plus réactive, le moteur paraît plus souple à l'usage et les phénomènes de sifflement du turbocompresseur sont largement atténués.

Injection

L’injection se fait directement dans les cylindres à l’aide d’injecteurs à 6 trous (un seul trou dans le cas du moteur EA 113). La pression d’injection a progressivement évolué de 110 bar (EA 113) à 200 bar (EA 888 de troisième génération).

Audi 2.0l TFSI EA 888 - injection directe et injection indirecte

De plus, à partir de la troisième génération, l’injection directe est complétée par une injection indirecte multipoint (un injecteur dans le canal d’admission par cylindre). L’injection indirecte permet de résoudre un problème important qui peut survenir avec l’injection directe lorsque le moteur est faiblement sollicité: l’émission de nombreuses particules fines. Hors, dès 2017, les moteurs essence devront répondre aux mêmes normes que les moteurs diesel sur ce critère.

Dès lors, l’une des solutions pour pallier à ces émissions importantes est d’utiliser l’injection indirecte en complément de l’injection directe. Lors du démarrage (à froid ou à chaud), l’injection se fait directement à l’intérieur des cylindres jusqu’à ce que la température du liquide de refroidissement atteigne 50 °C environ.

Audi 2.0l TFSI EA 888 - diagramme injection directe / injection indirecte

Une fois le moteur à température et en fonction de la charge moteur (pression sur la pédale d’accélérateur) et du régime moteur, l’injection se fait de manière indirecte (principalement à faible charge) ou directe.

Refroidissement

Jusqu’à la deuxième génération du moteur EA 888, le refroidissement moteur se fait de manière classique avec un thermostat qui détermine si le liquide de refroidissement circule ou non à travers le radiateur.

A partir de la troisième génération, la gestion de la température moteur fait appel à un module électronique pour réguler plus finement la température des différents composants moteur. Outre la séparation du circuit de refroidissement en plusieurs circuits, la régulation de la circulation est variable à travers les différents circuits.

Lors d’un démarrage à froid, le liquide de refroidissement stagne au sein du bloc moteur et de la culasse. Une fois que la température du liquide atteint 90° dans le bloc moteur, le module ouvre progressivement le circuit de refroidissement selon un circuit court : une petite quantité du liquide de refroidissement passe du bloc moteur à la culasse puis par le turbo et la pompe à eau avant d’être réinjectée dans le bloc moteur.

Lorsque la température du liquide de refroidissement est suffisamment élevée, le module électronique va commander le passage du liquide de refroidissement à travers le radiateur d’huile moteur et de boîte de vitesses afin d’accélérer la mise en température de l’huile moteur.

Une fois les fluides (huile et liquide de refroidissement) à température, la gestion de la température est optimisée selon le mode d’utilisation. A faible charge et à bas régime, le module électronique laisse la température du liquide de refroidissement atteindre la température de 105 °C: il n’y a pas ou peu de liquide de refroidissement circulant à travers le radiateur. Dès que la charge moteur est plus importante, la température du liquide descend à 85 °C: la majeure partie du liquide de refroidissement passe à travers le radiateur principal.

Grâce à cette régulation dynamique, la mise à température du bloc moteur et des fluides est plus rapide qu’à travers un circuit de refroidissement classique. D’autre part, la circulation de liquide étant réduite à faible charge, la demande de puissance de la part de la pompe à eau est plus faible, au bénéfice du rendement moteur et de la consommation de carburant.

Lorsque le moteur est coupé, une pompe à eau additionnelle peut entrer en fonction selon les besoins. Celle-ci est alimentée électriquement et elle permet d’éviter une surchauffe du turbocompresseur. De plus, elle permet aussi au liquide de circuler à travers le radiateur de chauffage afin de maintenir l’habitacle à la température désirée. Cette pompe peut être active jusqu’à 30 minutes après l’arrêt du moteur.

Production

Le 2.0l TFSI est un groupe motopropulseur fabriqué au sein de plusieurs usines à travers le monde. Le moteur est produit à la fois en Hongrie dans l’usine de Győr, au Mexique dans l’usine de Silao et en Chine.

tableau comparatif technique EA 113 / générations EA 888

Crédits photos: Audi / Volkswagen / Guillaume Darding

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 115 commentaires):

Guillaume Darding [administrateur]

19 avril 2020 à 21h11

Bonjour Tito,

je ne suis pas sûr qu'il y ait une valve ou non, mais il existe un moyen simple de le savoir : en regardant vos sorties d'échappement moteur à l'arrêt. Si une valve est présente, l'une des 2 sorties devrait être obstruée.

@Maurice
Merci pour vos encouragements ! A ma connaissance, la pression de suralimentation du 2.0l TFSI de 310 ch est de l'ordre de 1.2 bar.
Maurice Devaux

20 avril 2020 à 09h57

Bonjour Guillaume,
Un très grand merci pour votre réponse très rapide au sujet de la pression turbo de l'Audi S3.
Très bonne continuation à vous et à votre site.
Très bonne journée.
Maurice.
Dylan4929

02 juin 2020 à 20h16

Bonjour, je viens de tomber sur votre site, génial il m’a beaucoup aidée à comprendre comment fonctionnais certaine chose, c’est donc pour cela que j’aimerais savoir si vous avez déjà eu le problème du voyant EPC et moteur ainsi que le blocage à 4000tr/m sur un 2.0tfsi de golf 7 Gti de 2014
Guillaume Darding [administrateur]

03 juin 2020 à 15h31

Bonjour Dylan, merci pour vos encouragements !

Il est difficile de poser un diagnostic car l'allumage du voyant EPC peut avoir de multiples origines... de la plus benigne (soupape encrassée, durite endommagée par un rongeur) à la plus grave.

En revanche, le fait que le moteur n'aille plus au-delà de 4.000 tr/min est une limite électronique fixée par le calculateur suite à l'allumage du voyant EPC.
Grégory Le Deun

07 juillet 2020 à 23h02

Bonjour à vous,
Votre article extrêmement exhaustif et très intéressant pour un novice comme moi.
Je me posais une question : j'ai acheté une Seat Leon Fr 2.0 Tsi 190 ch de novembre 2018.
Celle ci a été préparée par l'ancien propriétaire via un professionnel.
De ce fait, du passage au banc, la voiture dégage une puissance de 262ch et de 450 km de couple contre 320 initialement.
Je constate sur les données du véhicule de l'ordinateur de bord que mon turbo monte à 2.5 bars, n'est ce pas trop ? Le stage 1 fait dessus a-t-il été bien fait et ne risque t-il pas d'endommager mon turbo au regard de ce chiffre qui me paraît élevé mais comme je n'y connais rien.
En vous remerciant par avance.
Cordialement.
Greg LD
Guillaume Darding [administrateur]

08 juillet 2020 à 15h46

Bonjour Grégory et merci pour vos encouragements,

à ma connaissance, la pression de suralimentation est de l'ordre de 1 à 1,2 bar sur un moteur sorti d'usine, donc une pression de 1,5 bar (ou 2,5 bar en pression absolue) ne me semble pas déraisonnable, notamment si le professionnel qui a reprogrammé la voiture a l'habitude de travailler avec ce moteur et qu'il a suffisamment de recul pour savoir ce qu'il fait.
KyStoOn

01 septembre 2020 à 22h13

Bonjour,
Déjà, bravo, les articles sont super.
Une petite MAJ serait appréciable pour ce moteur. Apparition de nouveaux moteurs DNU(C) etc..., qui perdent la bi-injection, au profit d'un (maudit) GPF/OPF.
Je suis curieux de connaitre les différences/nouveautés de ces "versions"
Guillaume Darding [administrateur]

02 septembre 2020 à 11h27

Bonjour KyStoOn et merci pour vos encouragements !

Je n'ai pas beaucoup d'information, à l'heure actuelle, concernant les évolutions du 2.0l. Comme vous le mentionnez, il semble que les moteurs EA888 gen 3 aient perdu la double injection suite à la mise en place du filtre à particules. En revanche, les moteurs gen 3b ont, semble-t-il, conservé la double injection bien qu'ils soient équipés, eux aussi, d'un filtre à particules.

Je ne manquerais pas de faire une mise à jour dès que j'aurai suffisamment d'informations à ce sujet.
Vincent 001

11 septembre 2020 à 07h02

Bonjour Guillaume, waw quel super article bien détaillé.
Par contre j'avais une question, sur le golf gti antérieure à la golf 7bcp de problème de casse moteur . J'ai entendu dire que à partir de la golf 7 il y a avait des bielles et pistons forgés, que pouvez-vous me dire à ce sujet ?
Merci d'avance.
Vincent.
Guillaume Darding [administrateur]

15 septembre 2020 à 14h44

Bonjour Vincent et merci pour vos encouragements !
Je n'ai pas ce niveau de détail concernant les pistons et les bielles même si, personnellement, j'aurais tendance à croire que les pistons ont toujours été obtenus par forgeage et les bielles par forgeage-frittage pour les moteurs destinés aux GTI.

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Commentaires
pjmdur à propos de l'article «Présentation moteur: Peugeot 1.2l Puretech turbo»

Hier

Merci Guillaume pour votre réponse. Il est clair qu'il devait y avoir une petite difficulté dans l'utilitaire PSA, j'ai eu l'impression que cela recouvrait deux casses 6d et 6d temp pour un véhicule fabriqué fin 2018.

Pascal29 à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Avant-hier

Je plussoie Guillaume; bien pour ça que le seul diesel à la maison est celui qui me sert à travailler et à faire la route des vacances; les 3 autres sont des essences (sans turbo, fap et autre cochonnerie), pas très puissants (70, 82 et 85 ch), mais très bien pour ne faire que de la ville et un peu de voies rapides (et mon petit cabriolet pour les WE ensoleillés, 146 ch pour faire joujou ! ;-)

Guillaume Darding à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Avant-hier

Bonjour Larst et Pascal29, si le moteur essence consomme plus que son homologue diesel, il ne faut pas oublier qu'il y a une différence de prix à l'achat (de l'ordre de 2.000 € à puissance équivalente) qui peut compenser cela (bien évidemment, cela dépend de votre profil de conduite, de votre kilométrage, etc.). Concernant l'aspect pollution, si on prend uniquement l'aspect CO2, le diesel reste bien évidemment avantageux. Si on prend en considération les autres gaz polluants, la comparaison est plus complexe voire impossible ! Dans tous les cas, je reste persuadé que la meilleure solution reste un mix énergétique et non une solution unique. L'histoire récente a effectivement montré qu'en favorisant l'achat de moteurs diesel uniquement, il serait indispensable d'en tirer les conséquences et ne pas se contenter d'enterrer le diesel.

© Guillaume Darding

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