31 mars 2020

Focus technique sur la motorisation des nouveaux modèles Audi S TDI

Focus technique sur la motorisation des nouveaux modèles Audi S TDI

Diesel haute performance pour les longues distances – résolument électrique : dans ses modèles S, Audi tire parti des avantages d’un système de transmission TDI et de l’électrification. Les Audi S4, S5, S6, S7 et SQ5 débarquent avec un moteur V6 TDI de trois litres, un système hybride léger de 48 volts et un compresseur électrique. Un couple maximal de 700 Nm et une puissance jusqu’à 349 ch (257 kW) donnent aux modèles S une réelle performance pour les longs trajets, avec une consommation de carburant faible et une autonomie conséquente.

Quelles que soient les circonstances, de la conduite sportive sur les routes de montagne sinueuses aux longs voyages sur autoroute en passant par les trajets du quotidien, les modèles Audi S TDI combinent une forte agilité, une puissance instantanée et une importante puissance de traction, ainsi qu’une faible consommation de carburant et une grande autonomie. L’interaction entre le moteur 3.0 V6 TDI à couple élevé, un compresseur électrique et un système hybride léger de 48 volts constitue la base idéale pour cela.

TDI + compresseur électrique + MHEV = agilité, efficience et autonomie
Hauts niveaux d’agilité et de puissance de traction, couplés à une faible consommation de carburant, à une grande autonomie et à un bas niveau d’émissions : le concept général de la propulsion s’appuie largement sur l’interaction entre un moteur TDI diesel puissant et efficient, une accumulation rapide de couple grâce au compresseur électrique et à une économie de couple grâce au système hybride léger. Avec son couple de 700 Nm, le 3.0 TDI avec turbocompresseur est une source de puissance délicate pour les modèles S Audi. Le compresseur électrique délivre jusqu’à 7 kW et aide le turbocompresseur lors du démarrage, lors de l’accélération à partir d’un bas régime et lors de changements de charge. Le diesel V6 et le compresseur électrique fonctionnent en tandem avec un système électrique principal de 48 volts.

Le système de 48 volts a fait ses débuts comme un sous-système électrique sur la SQ7 TDI, où il alimente également un compresseur électrique. Sur les nouveaux modèles S, Audi a associé pour la première fois un compresseur électrique à un système électrique principal de 48 volts. Un convertisseur DC relie le système électrique de 12 volts. Les éléments clés du système électrique de 48 volts (l’alterno-démarreur et la batterie de stockage au lithium-ion) constituent le système hybride léger. Dans les conditions de conduite réelles, ce système peut économiser jusqu’à 0,4 litre de carburant aux 100 km.

Quand le conducteur lève le pied de l’accélérateur selon la situation, les nouveaux modèles S peuvent avancer doucement avec le moteur coupé, circuler en roue libre pendant environ 40 secondes ou récupérer, auquel cas l’alterno-démarreur convertit l’énergie cinétique en électricité et la guide jusqu’à la batterie de 48 volts. La fonction start-stop s’active dès 22 km/h.

Le système électrique de 48 volts est non seulement un mécanisme d’efficience vital, mais c’est aussi un élément qui améliore les performances des nouveaux modèles S. Le compresseur électrique est intégré dans la gestion de la transmission du système MHEV ; il utilise l’énergie récupérée stockée dans la batterie au lithium-ion pour accélérer la roue du compresseur rapidement via son moteur électrique. La haute capacité de récupération du système MHEV signifie que le compresseur électrique est constamment disponible.

De plus, le moteur lui-même, le 3.0 TDI, a également été complètement amélioré. Les pistons, le vilebrequin, les bielles et la pompe à huile ont été spécifiquement conçus pour répondre aux attentes de performance, tout en délivrant l’exceptionelle efficience qui caractérise les moteurs TDI. Le système de refroidissement couvre également le compresseur électrique, l’alterno-démarreur et le boîtier du compresseur du turbo.

Le haut niveau de sophistication permet des performances de conduite sportives et offre un formidable équilibre, avec une faible consommation de carburant. C’est ainsi que les modèles S4 et S5 peuvent passer de 0 à 100 km/h en 4,8 secondes. L’Audi S6 Berline réalise cette accélération en 5 secondes, tandis que le S7 Sportback et le SQ5 TDI s’effectuent en un dixième de seconde de plus. La vitesse maximale limitée électroniquement pour tous les modèles est de 250 km/h. Tous les modèles S TDI sont conformes à la norme européenne d’émission Euro 6d-TEMP.

Moteur : 3.0 V6 TDI
Le 3.0 TDI qui alimente les nouveaux modèles S est le V6 diesel le plus récent et le plus développé qui soit. Sur le S6 Berline, le S6 Avant et le S7 Sportback, sa cylindrée de 2 967 cm3 produit 349 ch (257 kW) et 700 Nm de couple, disponible entre 2 500 et 3 100 tr/min. Sa puissance spécifique est de 117,9 ch par litre de cylindrée et son couple spécifique est de 235,9 Nm par litre. Sur les Audi S4, S5 et SQ5, les chiffres clés sont de 347 ch (255 kW) et 700 Nm.

Le moteur diesel V6, qui est soumis à d’importantes pressions d’allumage jusqu’à 205 bars, est doté de composants high-tech sophistiqués. Les pistons sont fabriqués dans une matière aluminium très résistante à la chaleur et présentent une nouvelle géométrie. Les bielles et le vilebrequin ont été adaptés en conséquence. Un plus grand jeu de roues augmente l’efficience de la pompe à huile, tandis que des plateaux de refroidissement supplémentaires dans le refroidisseur d’huile assurent une meilleure capacité de refroidissement. Les circuits de refroidissement du carter et des culasses sont séparés pour que l’huile du moteur chauffe rapidement au démarrage. Cela réduit considérablement les pertes par frottement et, par voie de conséquence, la consommation de carburant. Les culasses comprennent des chemises d’eau en deux parties. Dans la partie supérieure, le liquide de refroidissement circule plus lentement que dans la partie inférieure, plus sollicitée. Grâce à cette solution, les pertes de débit sont réduites et la pompe à eau à besoin de moins d’énergie.

Le grand turbocompresseur développe une pression de suralimentation relative jusqu’à 2,4 bars et peut pousser jusqu’à 1 100 kg d’air par heure. Sa géométrie de turbine variable est optimisée pour un débit avec peu de perte. La recirculation supplémentaire des gaz d’échappement à faible pression, active dans la plupart des situations de conduite, extrait le gaz d’échappement derrière les composants du système de contrôle des émissions et le réintroduit à l’avant du compresseur. Par conséquent, contrairement à la recirculation des gaz d’échappement à haute pression, cela permet une alimentation du turbocompresseur avec tout le flux de masse, ce qui le rend bien plus efficace. Avec les hauts niveaux de recirculation des gaz d’échappement, la combustion se produit à des températures plus basses, ce qui réduit considérablement les émissions brutes de NOx.

Le système de rampes courant contribue aussi largement à la propreté des émissions. Il injecte le carburant dans des buses à 8 trous à une pression allant jusqu’à 2 500 bars. À chaque cycle, il peut réaliser un maximum de sept injections individuelles séparées. Cela permet une atomisation fine et une combustion propre et précise. Les nouveaux modèles S TDI sont conformes à la norme européenne d’émission Euro 6d-TEMP (68 mg de NOx/km).

Les moteurs diesel haute performance bénéficient du traitement des gaz d’échappement à proximité, avec trois modules travaillant en tandem : le catalyseur d’oxydation NOx stocke les oxydes de nitrogène jusqu’à ce qu’il soit plein. Le nettoyage est effectué grâce à l’enrichissement du mélange dans le moteur. Pour réduire la consommation de carburant supplémentaire qui en résulte, le catalyseur intervient principalement quand les températures d’échappement sont basses.

Une fois que la température de fonctionnement est atteinte, le deuxième module du système (le filtre à particules diesel avec SCR) s’occupe de la conversion NOx dans la plupart des conditions de conduite. Son revêtement SCR amélioré garantit également une conversion stable des oxydes d’azote en nitrogène inoffensif lorsque la charge est élevée, par exemple lorsque le véhicule tire une remorque. Un catalyseur SCR en aval est le dernier composant du système de contrôle des émissions.

Compresseur électrique
Le compresseur électrique est le partenaire idéal du turbocompresseur. Il gère l’accumulation de pression de suralimentation lorsque les gaz d’échappement ne produisent pas suffisamment d’énergie pour alimenter le turbocompresseur. Le compresseur électrique élimine la latence du turbo. Électrique, il fournit l’air dont le moteur a besoin pour la combustion. Ainsi, le TDI produit instantanément plus de puissance et de couple, et donc suffisamment de gaz d’échappement pour alimenter le turbocompresseur conventionnel.

Le compresseur électrique se trouve sur le chemin du flux d’air entrant, derrière l’intercooler et près du boîtier papillon ; cette configuration assure une réponse instantanée. Dans la plupart des conditions de fonctionnement, le flux d’air entrant passe devant le compresseur électrique, et rejoint directement le moteur. Néanmoins, si la charge requise par l’accélérateur est élevée et que l’énergie disponible côté turbine du turbocompresseur est faible, le boîtier papillon ferme le flux d’air direct. L’air rejoint alors le compresseur électrique via une dérivation et y est comprimé à une pression allant jusqu’à 2,4 bars. Un petit moteur électrique accélère la roue du compresseur avec une puissance jusqu’à 7 kW. En moins de 250 millisecondes, il fait tourner la turbine, qui présente un diamètre de 68 mm, à un maximum de 70 000 tr/min.

Avec cet élan supplémentaire, le compresseur électrique permet une réponse rapide et une accélération puissante dans toutes les situations de conduite, telles que le dépassement, les sorties de virages et les accélérations courtes et soudaines. Couplé au système hybride léger, le compresseur électrique peut également appliquer sa puissance complète plusieurs fois de suite. Cela permet un couple puissant et uniforme.

MHEV : technologie hybride légère et système électrique principal de 48 volts
Le compresseur électrique est basé sur le système hybride léger de 48 volts, qui comprend deux éléments : un alterno-démarreur relié au vilebrequin via une courroie striée en V et une batterie au lithium-ion d’une capacité de 10 Ah située sous le plancher du coffre. Ces deux éléments constituent le système hybride léger des nouveaux modèles S. Ce système peut réduire la consommation de carburant dans les conditions de conduite réelle jusqu’à 0,4 l/100 km, grâce au contrôle intelligent via l’efficiency assist prédictif et à son association avec le système de capteurs du véhicule.

Si le conducteur retire son pied de l’accélérateur à une vitesse comprise entre 55 et 160 km/h, le système sélectionne l’une des trois solutions disponibles en fonction de la situation de conduite : récupérer, rouler au ralenti ou avancer en roue libre pendant encore 40 secondes, moteur éteint. La solution choisie dépend des informations fournies par l’efficiency assist prédictif (de série sur les Audi S6 Berline, S6 Avant et S7 Sportback), qui accède à la carte de l’itinéraire du système de navigation de série et aux données des capteurs embarqués. Le réglage du système de sélection du mode de conduite Audi drive select joue également un rôle majeur : la récupération est généralement plus élevée dans le profil dynamique, alors que le mode efficience est préféré pour la conduite tranquille.

Le système hybride léger est relié au système de capteurs du véhicule, ce qui permet également une récupération prédictive. Par exemple, si un véhicule devant freine, le capteur de radar du système Audi pre sense de série détecte la situation et le système de gestion intelligente de la conduite sélectionne de façon indépendante le mode économie de carburant ou le mode récupération.

Dans le cas de la récupération, l’alterno-démarreur convertit l’énergie cinétique en électricité, puis la renvoie vers la batterie au lithium-ion. Lors de la circulation en roue libre, c’est-à-dire lorsque le pied n’est pas sur l’accélérateur, il peut réduire la puissance du véhicule jusqu’à 4 kW en jouant un rôle de générateur. En cas de freinage léger, la réduction atteint 8 kW ; dans ce cas, la décélération est effectuée de façon purement électrique. Si un freinage plus fort est nécessaire, les freins de roues hydrauliques effectuent la majorité de la décélération.

La récupération ne s’achève que lorsque le conducteur relève son pied du frein. Si le conducteur appuie à nouveau sur l’accélérateur, l’alterno-démarreur redémarre le moteur, plus rapidement et délicatement qu’un démarreur conventionnel. La fonction start-stop s’active dès 22 km/h. À l’arrêt, le moteur redémarre lorsque le véhicule situé devant commence à avancer, même si le pied du conducteur enfonce toujours la pédale de frein.

Les modèles S seront lancés sur le marché français dès Juin 2019.

Photos : Audi

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