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 2016. 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

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 94 commentaires):

Guillaume Darding [administrateur]

17 septembre 2020 à 22h04

Bonjour Simon,

à ce jour, je n'ai pas eu connaissance de gros défaut de jeunesse sur le 1.5 l TSI (mis à part des problèmes de broutages désormais résolus) : il faut néanmoins garder à l'esprit que le moteur est encore jeune et qu'il n'est pas possible d'avoir un recul suffisant quant à la fiabilité sur le long terme.
alexlef

18 septembre 2020 à 15h22

Bonjour Guillaume,

Petite précision attendue sur les évolutions du moteur apparemment fin 2019 - DPCA
Cela apporte quelle évolution à part le cache plastique dont l'inscription TSI n'existe plus sur VW ?
Guillaume Darding [administrateur]

18 septembre 2020 à 23h21

Bonjour alexlef,

à ma connaissance, le code moteur DCPA correspond à l'évolution du moteur pour satisfaire aux normes Euro 6d (full). Par contre, je ne sais pas en détails quels composants ont évolué et dans quelle mesure ils ont évolué.
alexlef

19 septembre 2020 à 07h42

Ah ok merci.
Ils ont maintenu le FAP de toute façon.
Idem courroie de distribution ?

Il doit aussi être adaptable pour la micro hybridation ?
alexlef

19 septembre 2020 à 16h36

Après recherche, j'ai trouvé qu'en fait ils ont modifié le turbo pour y ajouter une waste gate pour limiter la consommation et améliorer la souplesse du moteur.
Puis quelques autres petits détails apparemment
Guillaume Darding [administrateur]

21 septembre 2020 à 22h47

Bonjour alexlef,
il ne peut pas s'agir de l'ajout d'une wastegate pour la bonne raison que le turbo a déjà une wastegate (c'est un organe vital du turbo) électrique.
La nouvelle référence conserve bien sûr le FàP et la courroie de distribution.

L'évolution DPCA est essentiellement là pour que le moteur soit conforme aux normes Euro 6d et il n'y a donc pas de changements majeurs par rapport à son prédécesseur DADA. L'évolution la plus marquante, à ma connaissance, concerne la culasse qui a sûrement été revue pour supporter des températures un peu plus élevées.
Larst

28 octobre 2020 à 07h13

Sur une skoda,Scala le 150 cv consomme 2l de plus que le diesel qu'il remplace,même circuit même durée
il est bien sur plus confortable et silencieux.c'est un vrai plaisir mais résultat il pollue davantage.
Pascal29

28 octobre 2020 à 13h10

Et oui, Larst, la magie du retour à l'essence ... merci qui ? le jour où nos instances politiques et dirigeantes, arrêteront de faire tout et n'importe quoi (incitation à l'achat de diesel au milieu des années 2000 par exemple, même pour ne rouler qu'en ville ! et 10 plus tard, on tape sur les gens qui ont acheté massivement du diesel !), et que la raison reprendra le pouvoir ...
Guillaume Darding [administrateur]

28 octobre 2020 à 15h15

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.
Pascal29

28 octobre 2020 à 17h56

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 ! ;-)

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Technique: moteurs électriques»

Hier

Bonjour PCN, merci pour votre vigilance : il s'agit d'une regrettable erreur de ma part. J'ai corrigé mon précédent commentaire en conséquence.

PCN à propos de l'article «Technique: moteurs électriques»

Hier

Bonjour Guillaume, La batterie de la ZOE est refroidie par air. L'air est refroidi par un condenseur, qui est alimenté en froid par la pompe à chaleur de la voiture. Cette air rentre dans la batterie, traverse les modules de la batterie (12, réparties en 2 rangées de 6) puis est évacué à l'extérieur de la voiture. Le pilotage du ventilateur qui définit le débit d'air et du condenseur, qui définit la température de l'air, permettent d'optimiser la consommation de ce refroidissement en fonction de la température de la batterie. Pour les pays froids, des résistances sont ajoutées en entrée de ce circuit de refroidissement pour réchauffer la batterie, soit en fin de charge, si une date de départ a été programmée par l'utilisateur, soit en début de roulage. Cela permet d'avoir la meilleur performance de la batterie (le froid limite la puissance de décharge, mais surtout de recharge des batteries Li-Ion).

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Bonjour Guillaume Darding, Je souhaite equiper ma Kia Rio de 2015 d'un boîtier Flexfuel. Mais j'avoue que cela me fait peur pour le moteur et on dit que le E85 use prématurément les pièces. Pourrais je avoir votre conseil SVP ? Merci Sandrine

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