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 27 commentaires):

pjmdur

01 juillet 2019 à 14h55

Bonjour,

Je suis plus particulièrement les problèmes de courroie crantée lubrifiée du moteur Puretech 130 PSA.
J'observe, sauf erreur de ma part, un système identique sur ces TSI. Ce dispositif semble être plus coûteux à remplacer que la courroie externe classique...et plus fragile.
Je comprends pas trop le problème de la durabilité de ce type de courroie, agression par l'huile moteur?
Et quelle utilité pour cette disposition?
Chez Peugeot, ce constructeur est parti d'une courroie pouvant tenir presque la vie du moteur à 6 ans ou 100000 Km actuellement. Sur une petite voiture, c'est un gros budget.
Votre avis?

Cordialement.
pjmdur

01 juillet 2019 à 15h06

Suite:

Désolé, j'avais pas lu votre article sur le Ford Ecoboost qui utilise aussi une courroie crantée lubrifiée quasiment garantie sans entretien ou presque.
Etant donné les déboires de Peugeot avec ce système, est-ce bien réaliste de proposer une telle durée de vie?

Les équipementiers qui proposent ce type de courroie sont forcément les mêmes, non?

Cldt
pjmdur

03 juillet 2019 à 15h20

Bonjour,

Je n'ai vu aucune indication concernant le fait que la courroie de distribution soit lubrifiée par l'huile moteur.
On peut voir qu'elle est dans un carter.

Qu'en est-il?

Merci

Cordialement.
Guillaume Darding [administrateur]

03 juillet 2019 à 16h54

Bonjour pjmdur,

à ma connaissance, le 1.5l TSI n'a pas de courroie de distribution lubrifiée, mais la courroie de distribution est effectivement protegée des agressions extérieures grâce à un carter spécifique (même principe que sur la précédente génération EA211 telle que le 1.4 TSI).

Il se peut que les équipementiers soient les mêmes. Si c'est le cas, cela ne veut pas dire grand chose à vrai dire! Il faut voir la distribution comme un ensemble et non un simple composant (la courroie). En effet, la courroie est utilisée dans des environnements différents (température, aération, ...) et peut-être soumise à des tensions et des vibrations bien différentes d'un moteur à l'autre.

Autrement dit, une courroie dite fiable pour un moteur ne le sera pas forcément si on la reprend telle quelle (en adaptant simplement la longueur par exemple) sur un autre moteur.

Pour en revenir à la lubrification des courroie, cette technologie permet normalement d'allonger la durée de vie des courroie (car la courroie est enfermée dans un carter et on évite que le caoutchouc ne sèche par exemple) et d'avoir une durée de vie similaire à une chaîne, tout en gardant les avantages d'une courroie (légèreté - réduction des frictions internes, silence de fonctionnement principalement).
pjmdur

05 juillet 2019 à 09h02

Merci Guillaume pour ces infos.

Comme vous savez, les courroies lubrifiées sont au coeur de vives polémiques, et plus particulièrement concernant les 3 cylindres Peugeot, mais pas que à ce que j'ai compris(FORD).
J'ai trouvé sur le site de Contitech des infos sur ces courroies, il est question d'une durée de vie de 240000Km alors que Peugeot maintenant la réduit à 100000Km suite aux usures constatées.
Conti indique aussi une sensibilioté à l'éthanol.

Désolé, c'est HS par rapport au TSI.. Juste la conséquence de mon interrogation courroie.

Cordialement.
Guillaume Darding [administrateur]

05 juillet 2019 à 21h27

Bonjour pjmdur,

il y a une différence technique entre la courroie du Puretech et celle de l'Ecoboost. Dans le premier cas, la courroie est soumise aux vapeurs d'huile. Dans le cas de l'Ecoboost, la courroie baigne litéralement dans l'huile au niveau de la poulie vilebrequin.

Pour ma part, j'ai le sentiment que les problèmes rencontrés par la courroie du Puretech sont plus dûs à un problème de matériau que du fait de la lubrification de la courroie.

Concernant l'éthanol, les moteurs doivent obligatoirement être compatibles avec l'usage de carburant contenant jusqu'à 10% d'éthanol. Il est donc du ressort du motoriste et de ses fournisseurs de garantir cela!
Guiz

29 octobre 2019 à 18h01

Bonjour,
J'ai lu pas mal d'avis sur ce moteur signalant un souci de broutage et un moteur risquant de caler sur reprise en seconde à petite vitesse, dans des cas de température extérieure négative et de moteur froid.
Avez vous cette information et peut être une explication possible ?
Merci.
Guiz
Guillaume Darding [administrateur]

29 octobre 2019 à 22h09

Bonjour Guiz,

suite à votre commentaire, je me suis renseigné à ce sujet et il semble qu'il y ait, en effet, un nombre important de cas de broutage lors des premières minutes après un démarrage à froid. Selon toute vraisemblance, ce défaut a été corrigé (en tout cas pour un nombre significatif de cas) lors d'une mise à jour logicielle disponible depuis fin septembre 2019.
A priori, il n'y a donc pas de cause mécanique et le problème n'était pas si simple à régler puisqu'il avait apparemment fait l'objet du mise à jour logicielle en mars 2019, sans succès pour la plupart des clients.

La cause de ce broutage est vraisemblablement dû à un creux (manque de couple) qui peut avoir différentes origines : mauvais calage des soupapes, problème d'injection, demande en électricité trop forte, ...

Il semblerait que, dans ce cas, ce soit l'alternateur le fautif dans le cas présent qui consommait trop d'énergie au démarrage.
nicosnicolaos51

01 novembre 2019 à 18h19

Bonjour,

Volkswagen n'a toujours pas sorti le 1.5 TSI sur la nouvelle Polo, et je me demandais quelle raison il pouvait y avoir à ça ? Soit il faut se rabattre sur le 1.0 TSI de 115 ch ou alors carrément passer au 2.0L de la Polo GTI avec ses 200 ch. Chose étonnante, sur le site de VW en Allemagne cette motorisation semble disponible depuis peu. En espérant qu’il en soit de même bientôt en France.

S’il faut se rabattre sur le 3 cylindres, je m'interroge sur la fiabilité dans le temps, ainsi que de potentiels problèmes de vibrations. On voit souvent d'ailleurs dans la presse automobile les essayeurs conseiller l'ajout d'une boite automatique ce qui semble atténuer les vibrations.

Merci pour cet article sur le TSI 1.5, très instructif.
Guillaume Darding [administrateur]

03 novembre 2019 à 23h33

Bonjour nicosnicolaos51,

la raison la plus probable est que Volkswagen France a estimé que les volumes de ventes seraient trop faibles à cause du malus écologique notamment (pas de malus en 2019, mais 190 € au 01 janvier 2020 - 116 g de CO2).

Il se peut aussi, tout simplement, que le 1.5 TSI a été lancé en priorité sur certains marchés (outre l'Allemagne, la Belgique propose aussi le 1.5 TSI) et sera disponible dans quelques semaines en France.

Personnellement, je ne vois pas bien en quoi une boîte de vitesses à double embrayage DSG va changer par rapport à une boîte manuelle en matière de vibrations. Il n'y a pas de boîte automatique à convertisseur sur la Polo.

Je viens justement d'essayer le 1.0 TSI (boîte manuelle) pendant 3 jours sur une voiture de catégorie supérieure à la Polo (une Seat Leon pour ne pas la citer) et je n'ai pas noté de vibrations désagréables ou gênantes. On peut noter une sonorité typique, assez plaisante même (qui pourrait presque vous faire croire que votre moteur est un V6 avec un peu d'imagination) lors de fortes accélérations. En conduite normale, le moteur sait se faire très discret (autrement dit, il ne se fait pas du tout entendre). La consommation peut être aussi très mesurée avec un minimum d'éco-conduite.

Question fiabilité, il y a quand même pléthore de moteurs 3 cylindres sur le marché et je ne croient pas qu'ils se montrent moins fiable qu'un 4 cylindres en ligne...

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