Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI

Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI

Guillaume Darding - 14 février 2019

Avec la baisse significative des ventes de motorisations diesel, le 1.5l TSI (famille EA211 Evo) est appelé à jouer un rôle important pour le groupe automobile allemand grâce à sa cylindrée intermédiaire. Le 1.5l TSI est disponible selon deux niveaux de puissance: 130 chevaux et 150 chevaux. Bien que proches en matière de performance, les deux versions présentent une philosophie distincte et des différences techniques significatives.

Architecture

Le 1.5l TSI (famille EA211 Evo) est intimement dérivé du 1.4l TSI (famille EA211 s’articulant autour de moteurs de 1,0 litre à 1,4 litre de cylindrée). Il s’agit d’un moteur à 4 cylindres, turbocompressé et à injection directe. Cette famille de moteurs a été développée spécifiquement pour la plateforme MQB (plateforme à moteur transversal du groupe du groupe Volkswagen) utilisée par de nombreux modèles, du plus compact (Volkswagen Polo) au plus vaste (Skoda Kodiaq).

L’EA211 Evo s’articule autour d’un bloc en aluminium. Comme ce matériau supporte mal les frictions et la chaleur que cela engendre, une chemise en fonte grise est insérée dans chaque fût de cylindre. Dans le cas de la version 110 kW, ces chemises reçoivent un traitement additionnel par projection plasma (donnant un effet miroir) afin d’améliorer l’état de surface des cylindres pour réduire les frictions entre le cylindre et le piston. La culasse et les pistons sont, eux-aussi, en aluminium.

EA211 1.5 TSI Evo - Audi Q3

Le 1.5l TSI a conservé l’alésage du 1.4l TSI (74,5 mm). L’augmentation de la cylindrée est donc faite par l’allongement de la course: 80 mm pour le 1.4l TSI contre 85,9 mm pour le 1.5l TSI. Ainsi, le 1.5l TSI est encore plus typé longue course que son prédécesseur, une architecture qui favorise le couple à bas régime plutôt que les performances à haut régime.

Le taux de compression atteint 12.5:1 dans le cas de la version 96 kW (130 chevaux). Pour la version atteignant 150 chevaux, le taux de compression est abaissé à 10.5:1. Le 1.4l TSI atteignait un taux de compression de 10,0:1.

Performances

Dans sa version 130 chevaux (96 kW), le 1.5l TSI propose une puissance de 130 chevaux de 5.000 tr/min à 6.000 tr/min et un couple de 200 N.m entre 1.400 tr/min et 4.000 tr/min. Dans le cas de la version 150 chevaux (110 kW), la puissance atteint 150 chevaux de 5.000 tr/min à 6.000 tr/min et dispose d’un couple de 250 N.m entre 1.500 tr/min et 3.500 tr/min.

Diagramme puissance couple EA211 1.5 TSI Evo 130 et 150 chevaux

Cycle Miller

Le cycle Miller s'applique uniquement au 1.5l TSI 96 kW (130 chevaux). Le cycle Miller peut être réalisé selon deux variantes: soit en fermant tardivement les soupapes d'admission lors de la remontée du cylindre (phase de compression), soit en fermant prématurément les soupapes d'admission pendant la phase d'admission.

Dans les deux cas, la philosophie est la même: la phase de compression est plus courte que la phase de détente afin d'améliorer le rendement. Outre un rendement supérieur au classique cycle Beau de Rochas (permettant de réduire sensiblement la consommation d’essence), le cycle Miller a aussi pour avantage de réduire significativement la température des gaz d’échappement.

Pour ce qui concerne le 1.5l TSI, Volkswagen a pris le parti de fermer les soupapes d’admission de manière anticipée, avant que le piston n’ait atteint le point mort bas durant la phase d’admission. A cet effet, la levée des soupapes est moindre dans le cas de la version 96 kW (levée des soupapes de 7,2 mm contre 9,0 mm pour la version 110 kW), réduisant ainsi notamment la durée d’ouverture des soupapes.

Diagramme de Clapeyron (PV) cycle Miller / cycle Beau de Rochas

Grâce à cette technique, lorsque les soupapes d’admission se ferment, les gaz frais admis se détendent jusqu’à ce que le piston ait atteint le point mort bas. Cela permet d’abaisser la température des gaz dans le cylindre.

Les soupapes d’admission étant ouvertes sur une courte durée, il est nécessaire de prendre des mesures spécifiques de manière à optimiser le remplissage du cylindre en air frais. Notamment, il est important que le turbocompresseur soit réactif dès les plus bas régimes.

Skoda Superb conduite sur neige - EA211 1.5 TSI Evo

Enfin, ce mode de fonctionnement a une autre répercussion: pour admettre plus d’air dans un court laps de temps, il est nécessaire d’ouvrir plus largement le papillon d’accélérateur, ce qui permet de réduire les turbulences dans le conduit d’admission et d'améliorer, par conséquence le rendement.

Au contraire de la génération 3B de la famille de moteurs EA888 (1,8l et 2,0l TSI), le changement de mode entre le cycle Beau de Rochas et le cycle de Miller ne se fait pas en basculant sur un profil de came différent, mais plutôt en ajustant le calage (le moment où les soupapes s’ouvrent) des soupapes.

Turbocompresseur

Le 1.5l TSI de 96 kW est équipé d’un turbocompresseur à géométrie variable (TGV). Si ce type de turbo est couramment utilisé dans le cas des moteurs diesel, les TGV sont encore rares dans le cas des moteurs essence à cause de la forte température des gaz d’échappement.

Dans le cas de la version la moins puissante, Volkswagen a limité cette température grâce au fonctionnement selon le cycle Miller. De fait, la température maximale atteinte par le 1.5l TSI de 130 chevaux est inférieure à 900 °C contre près ou plus de 1.000 °C en règle générale pour un moteur essence.

Le turbo à géométrie variable permet d'obtenir une pression de suralimentation significative dès les plus bas régimes (à l'image d'un petit turbo à faible inertie) tout en optimisant le couple maximal à haut régime.

Le turbocompresseur de la version 110 kW est, quant à lui, plus classique: il s’agit d’un turbo à simple entrée et à géométrie fixe. La soupape de décharge est actionnée électriquement (principe repris du 1.4l TSI de précédente génération).

Distribution

L’EA211 Evo compte quatre soupapes par cylindre. L’entraînement des arbres à cames se fait à l’aide d’une courroie crantée. Le 1.5l TSI est équipé du calage variable en continu des soupapes à l’admission et à l’échappement.

Calage variable des soupapes - électrovanne déporté et cartouche centrale

Le déphasage est commandé à l’aide d’actionneurs hydrauliques. Côté admission, la vanne de régulation de pression d’huile est directement intégrée dans l’actionneur plutôt que déportée, ce qui permet une mise en action plus rapide du déphaseur.

Diagramme coût vitesse technologie déphaseur calage variable VVT

Le calage des arbres à cames se fait sur une amplitude d’environ 70° pour les soupapes d’admission contre 40° pour les soupapes d’échappement. Les soupapes sont actionnées à l’aide de linguets à rouleaux. Dans le cas de la version délivrant 150 chevaux, les soupapes d’échappement sont remplies de sodium.

Selon le régime et la charge moteur, le croisement des soupapes évolue grâce au calage variable afin de privilégier le rendement moteur ou la puissance.

Levée des soupapes - calage variable - EA211 1.5 TSI Evo

A faible régime, l’avance à l’ouverture des soupapes d’échappement (AOE) est maximale (les soupapes s’ouvrent le plus tôt possible), tout comme le retard à la fermeture des soupapes d’admission (RFA), le croisement des soupapes (moment où les soupapes d’admission et d’échappement sont ouvertes simultanément) est important.

A faible charge, cela permet d’augmenter la recirculation des gaz d’échappement dans le cylindre pour abaisser notamment les émissions d’oxyde d’azote. Lorsque la charge moteur devient élevée, la pression des gaz frais à l’admission est plus élevée que la contrepression des gaz d’échappement. Un croisement de soupapes élevé permet de garantir l’expulsion des gaz brûlés présents dans le cylindre pour maximiser le couple moteur.

Lorsque le moteur fonctionne à moyen et haut régime, le croisement des soupapes est réduit pour favoriser les performances du moteur: l’AOE est donc réduite, tout comme le RFA.

Lorsque la demande en couple est faible, le 1.5l TSI désactive automatiquement les cylindres 2 et 3. Cette désactivation est rendue possible grâce au déplacement latéral de l’arbre à came, ce qui permet de basculer les cylindres 2 et 3 vers des cames qui n’actionnent plus les soupapes.

La désactivation partielle des cylindres se produit entre 1.350 et 3.200 tr/min lorsque la demande de couple n’excède pas 75 N.m (version de 130 chevaux) ou 85 N.m (dans le cas de la version de 150 chevaux).

Echappement

Afin de traiter au mieux les émissions de gaz polluants, le collecteur d’échappement est intégré dans la culasse. Cette technique permet non seulement de réduire la distance entre la sortie moteur et les dispositifs de dépollution, mais aussi de mieux conserver la chaleur des gaz au sein de la ligne d’échappement car le collecteur bénéficie du système de refroidissement de la culasse.

Volkswagen Passat 2019 EA211 1.5 TSI Evo

Ces deux points permettent d’atteindre rapidement des températures élevées au niveau des systèmes de dépollution, un avantage certain pour ces derniers qui donnent leur pleine efficacité à haute température. A pleine charge, les gaz d’échappement sont refroidis dans le collecteur d’échappement.

Jusqu’au printemps 2018, la dépollution des gaz d’échappement était assurée à l’aide de deux catalyseurs 3 voies classiques: l’un monté juste après le turbo et le second un peu plus loin dans la ligne d’échappement, après le flexible de découplage.

EA211 1.5 TSI Evo - Dispositifs de dépollution - filtre à particules

Depuis l’été 2018 et afin de satisfaire aux normes Euro 6c et Euro 6d temp, le premier catalyseur 3 voies a été remplacé par un filtre à particules, ce dernier conservant de plus les fonctions d’un catalyseur 3 voies classique. Le second catalyseur est maintenu.

Injection

L’injection de carburant se fait directement dans les cylindres. Les injecteurs comptent 5 trous et la pression d’injection de carburant peut atteindre 350 bar. Selon les conditions de fonctionnement, jusqu’à 5 injections peuvent être réalisées par cycle moteur, ceci afin d’améliorer l’homogénéité du mélange air/carburant pour limiter le risque de cliquetis et diminuer les émissions de gaz polluants.

Seat Arona - EA211 1.5 TSI Evo

Multiplier les injections permet d’éviter d’injecter une grande quantité de carburant en une seule fois, ce qui conduirait une part significative de carburant à se retrouver sur les parois du cylindre (réduction, entre autres, des émissions de carburant imbrûlé).

Lors des démarrages à froid, une ou deux injections tardives ont lieu afin de retarder une partie de la combustion et ainsi de distribuer plus de chaleur au pot catalytique pour accélérer sa mise en température.

Gestion de la température

La pompe à eau est entraînée par l’arbre à cames des soupapes d’échappement à l'aide d'une courroie sans entretien. Elle est intégrée dans un boîtier central de gestion de la température, à l’image de la troisième génération des moteurs 1.8l / 2.0l TSI de la famille EA888.

Ce module de gestion de la température permet, d’une part, d’accélérer la mise en température du moteur et de gérer ensuite finement la température du liquide de refroidissement et du moteur.

Au démarrage, il n’y a pas de circulation du liquide de refroidissement, ce qui permet une mise en température rapide du bloc moteur. Une fois que la température du liquide de refroidissement dans le bloc moteur atteint environ 80 °C, une première vanne s’ouvre partiellement afin d’assurer une circulation minimale du liquide de refroidissement vers le radiateur. Une seconde vanne s’ouvre progressivement afin de refroidir la culasse, de fournir de la chaleur pour l’habitacle (si nécessaire) et de chauffer l’huile moteur.

Lorsque la température du liquide de refroidissement atteint 85 °C en moyenne, la seconde vanne reste ouverte, tandis que la première vanne va contrôler le débit de liquide de refroidissement passant à travers le radiateur en continu. A faible et moyenne charge, ce débit sera faible et le module laissera la température du liquide de refroidissement atteindre jusqu’à 105 °C. Lorsque le moteur est sollicité (forte charge), la première vanne s’ouvre complètement afin d’abaisser la température du liquide de refroidissement à 85 °C.

EA211 1.5 TSI Evo - Volkswagen Golf

Enfin, le moteur s’appuie sur un circuit de refroidissement secondaire indépendant, aidé par une pompe à eau électrique additionnelle, afin de refroidir l’air compressé par le turbo dans la partie admission et le turbocompresseur. Ainsi, la température du turbocompresseur reste maîtrisée même après la coupure du moteur.

Production

La production du 1.5l TSI Evo a débuté fin 2017. Il est actuellement produit majoritairement en Allemagne dans les usines moteurs de Salzgitter et Chemnitz. D’ici à 2020, l’EA211 Evo sera produit dans plus de 10 usines pour en faire un moteur mondial: en Allemagne (Salzgitter et Chemnitz), en Hongrie (site de Györ), en République Tchèque (site de Mladá Boleslav), en Chine (Changchun, Quingdao, Chengdu et Loutang), au Mexique (Silao), au Brésil (Sao Carlos) et en Russie (Kaluga).

Usines de production EA211 1.5 TSI Evo

Tableau comparatif EA 211 1.4 TSI / EA211 Evo 1.5 TSI

Crédits photos: Volkswagen / Audi / Skoda / Seat
Illustrations et tableau: Guillaume Darding

Tous les commentaires sur le sujet (masquer les commentaires les plus anciens):

Guichou83

16 février 2019 à 19h53

Super article Guillaume comme toujours, Merci !
Serait il possible de faire un article sur le 1.0 tsi du groupe VW ?
Merci par avance.
Romain
Guillaume Darding [administrateur]

18 février 2019 à 16h30

Bonjour Romain, merci pour vos encouragements!

Je n'ai pas prévu de faire un article spécifique sur le 1.0l TSI dans le sens où il fait partie de la même famille de moteur que le 1.4l TSI évoqué dans l'article (famille EA211) et je n'aurais pas forcément grand chose à y ajouter... Néanmoins, si vous avez des questions à ce sujet, n'hésitez pas à me contacter par mail!
Nitro-6z

27 février 2019 à 14h50

Bonjour,

Savez vous par hasard si ce 1,5 tsi finira par équiper la polo 6 en France ?
Guillaume Darding [administrateur]

27 février 2019 à 16h16

Bonjour Nitro-6z,

la Polo est effectivement disponible avec le 1.5l TSI en Allemagne et en Belgique notamment. Je n'ai pas d'information sur une éventuelle commercialisation en France. D'autant plus qu'avec des émissions de CO2 évaluées à 116g/km, elle ne subirait pas de malus écologique.
Gurvan

27 mars 2019 à 09h52

Bonjour,
Est-ce que les deux moteurs TSI EVO peuvent être convertis à l’E85, malgré le filtre à particule, ou faut-il choisir un modèle avant juin 2018 (sans filtre à particule) ou encore un 1.4 ACT ? Si oui, par reprogrammation chez un concessionnaire WV ? Par boîtier homologué ?
Merci d’avance,
Guillaume Darding [administrateur]

29 mars 2019 à 16h06

Bonjour Gurvan,

concernant la reprogrammation ou l'ajout d'un boîtier, ce ne sera pas votre concessionnaire qui le fera, mais un programmeur / installateur indépendant.

En théorie, il n'y a pas de contre-indication à l'E85 et la présence du filtre. Néanmoins, sachant que la technologie est nouvelle, vous pourriez bien faire face à un refus de la part des installateurs (ne sachant pas s'ils prennent un risque ou non). Dans tous les cas, la présence d'un filtre à particules vous empêchera d'opter pour une solution homologuée.

D'autre part, sur la version 130 chevaux, le turbo à géométrie variable est peu répandu sur un moteur essence, ce qui pourrait générer des craintes supplémentaires vis-à-vis d'une adaptation à l'E85.
Florian

04 avril 2019 à 10h32

Bonjour,

Pourquoi dites vous que "la présence d'un filtre à particules vous empêchera d'opter pour une solution homologuée" ?
L'installateur du kit homologué apposera une plaque d'homologation sur le véhicule une fois installé.
C'est la préfecture qui ne délivrera pas la CG modifié avec la mention FE ? Pourquoi ?
Je n'ai trouvé aucune référence de refus sur les sites, sur quels références vous basez-vous ?
Merci.
Guillaume Darding [administrateur]

04 avril 2019 à 10h45

Bonjour Florian,

la seule homologation que l'installateur pourra délivrer est une homologation concernant le fait que le boîtier ne crée pas d'interférences électriques avec les autres composants présents dans le compartiment moteur, ce qui n'a pas grand chose à voir avec l'utilisation d'E85.

En la présence d'un filtre à particules, il n'est effectivement pas possible d'obtenir un changement du certificat d'immatriculation avec la mention FE, c'est ainsi qu'a été rédigé l'arrêté concernant les homologations des dispositifs de conversion à l'E85. Je vous invite à consulter mon article sur le superéthanol pour plus d'informations sur le sujet: https://www.guillaumedarding.fr/dossier-utilisation-du-superethanol-e85-3187198.html
Ecoboost

08 avril 2019 à 16h29

Bonjour,
La pompe à eau électrique refroidie t-elle aussi le turbo?
Sur le 1.2 tsi c'était le cas, ce qui permettait de la faire tourner après l'arret du moteur, je suppose que c'est toujours le cas ici?
Guillaume Darding [administrateur]

08 avril 2019 à 23h13

Bonjour Ecoboost,

le circuit de refroidissement secondaire (alimenté par la pompe à eau électrique) prend bien en charge le refroidissement du turbocompresseur. La pompe à eau électrique peut donc bien se déclencher après l'arrêt du moteur pour continuer à refroidir efficacement le turbo (j'ai mis à jour l'article avec cette précision).
Fred91

28 avril 2019 à 08h41

Super article. Clair, net, précis.
Alaindu77

28 avril 2019 à 12h23

Merci à vous Guillaume pour ce magnifique site et ses articles remarquablement argumentés. Très PRO !!
Guillaume Darding [administrateur]

28 avril 2019 à 22h45

Bonjour Fred91 et Alaindu77, merci beaucoup pour vos encouragements !
jjlc

09 mai 2019 à 14h29

Bonjour, article très détaillé, comme d'habitude !
Question sur les boites de vitesses associées à ces 2 déclinaisons moteurs : est-ce le même étagement ? Les versions "éco" (comme ce bluemotion 130) ont souvent des boites à étagement assez long.
Si vous avez l'info pour la BVM6 et la DSG7 ? ;)
Merci !
Guillaume Darding [administrateur]

10 mai 2019 à 10h58

Bonjour jjlc, merci pour vos encouragements!

Je n'ai pas le détail concernant l'étagement de ces deux boîtes, mais je ne pense pas qu'il y ait de grandes différences (s'il y en a une...) entre les deux motorisations.

Les version dites "eco" sont désormais plutôt bâties sur un changement de pneumatiques (présentant une résistance au roulement moins élevée), une amélioration de l'aérodynamique (en particulier la réduction de la hauteur), etc.

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Technique: suspensions à butées hydrauliques progressives Citroën»

Hier

Bonjour Jean-Michel, même si c'était possible, je ne le recommande pas du tout car il faut voir la suspension dans sa globalité (ressort, barre anti-roulis, etc) et changer un organe de la suspension va nécessairement impacter le comportement global de votre véhicule... peut-être en mieux sur certains aspects, mais peut-être en moins bien sur d'autres!

Guillaume Darding à propos de l'article «Dossier: utilisation du superéthanol E85»

Hier

Bonjour Vincent, la désactivation des cylindres peut être un frein pour certains fabricants et cela peut se comprendre pour plusieurs raisons. En premier lieu, les démarrages moteurs. C'est une inquiétude si on ne connait pas bien le système car le moteur démarre toujours sur 4 cylindres. En deuxième lieu, le boitier pourrait interférer avec la stratégie du calculateur, ce qui pourrait empêcher de rencontrer les conditions pour passer en mode 2 cylindres, en particulier lors de l'utilisation avec l'E85: à voir... Enfin, car les propriétés de combustion sont un peu différentes entre l'E85 et l'essence, la transition entre le fonctionnement sur 4 cylindres vers un fonctionnement sur 2 cylindres (et vice-versa) pourrait être ressentie par le conducteur. A ma connaissance, certaines personnes ont fait des adaptations à l'E85 avec un moteur similaire au votre en passant par une reprogrammation, mais je ne sais pas si d'autres personnes ont converti le 1.4 tfsi COD (désactivation des cylindres) avec un dispositif de conversion externe.

Jean-Michel GRISON à propos de l'article «Technique: suspensions à butées hydrauliques progressives Citroën»

Avant-hier

Bonjour peut-on équiper une DS5 avec les amortisseurs à double butée du C5 aircross ?

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