AUDI A6 2.8  FSI

Première mondiale : le système valvelift Audi

Les deux culasses à distribution à quatre soupapes du moteur 2.8 FSI sont apparentées à celles du 3.2 FSI. Le pilotage des deux arbres à cames d’admission et des deux d’échappement intègre des déphaseurs permettant de déphaser la distribution en continu sur une plage de 42 degrés d’angle de vilebrequin, ce qui améliore le remplissage des cylindres. Côté échappement, seuls de petits détails ont été modifiés. Côté admission par contre, c’est une toute nouvelle technique qui fait sa première apparition : le système de levée variable des soupapes valvelift Audi.

Les techniques déjà connues dans ce domaine font toutes appel à des éléments mécaniques supplémentaires qui viennent se placer entre les arbres à cames et les soupapes. Ces éléments interposés interviennent par enclenchement ou par coulissement et s’accompagnent tous d’inconvénients multiples : augmentation des masses en mouvement et des pertes par frottements mécaniques et perte de rigidité globale du système de commande des soupapes.

Audi s’est lancée dans une voie tout à fait nouvelle. La solution est aussi efficace que dans les exemples précédents mais d’une extrême simplicité qui en supprime les inconvénients. Le système valvelift Audi est un dispositif d’actionnement à deux positions qui se dispense de tout élément intermédiaire entre les arbres à cames et les soupapes, la commande agissant directement aux arbres à cames.

Les deux arbres à cames d’admission du V6 2.8 FSI sont constitués d’un corps d’arbre qui comporte trois zones cannelées directement laminées dans le matériau. Chaque zone cannelée sert à l’ajustement d’une douille bicames, autrement dit d’une douille cylindrique qui supporte côte à côte deux profils de came différents : l’un provoque une faible levée de la soupape pour les plages de charge partielle et le second une levée plus importante pour les plages de pleine charge.

Les douilles bicames sont dotées de cannelures intérieures qui leur permettent de coulisser le long du corps de l’arbre sur une course de presque 7 mm.            Leur entraînement est assuré par deux broches métalliques placées à la verticale dans la culasse au-dessus de l’arbre ; deux actionneurs électromagnétiques ultra rapides actionnent les deux broches métalliques qui, dans leur mouvement de descente de 4 mm, viennent se loger dans deux gorges placées aux extrémités des douilles bicames.

Simple et génial : le déplacement des douilles bicames

Les deux gorges sont tracées en spirale. Dans son mouvement de descente, la broche métallique vient se loger dans sa gorge et dessine du fait de la rotation de la douille bicames une spirale qui entraîne le déplacement de cette dernière le long de l’arbre. L’alimentation cesse alors et la broche métallique est repoussée mécaniquement dans sa position initiale. La douille bicames est alors placée précisément en appui contre l’un des paliers de l’arbre ; un axe mis sous contrainte par un ressort, intégré dans l’arbre à cames vient engager sa rotule dans une encoche, ce qui l’arrête dans cette position. Le retour de la douille bicames à sa position de départ s’effectue à l’inverse grâce à l’intervention de la seconde broche et de la gorge correspondante à l’autre extrémité de la douille bicames.

Cette levée asymétrique combine son effet à celui de la géométrie particulière des conduits d’admission et des chambres de combustion pour provoquer un mouvement hélicoidal (Swirl) et de rouleau (Tumble) de l’air admis. Ce mouvement combiné de tourbillonnement (‘Drumble’) fait que le moteur 2.8 FSI est le premier moteur FSI à se dispenser des volets de charge dans le collecteur d’admission.

Les déplacements s’effectuent très rapidement sur un temps de travail (soit deux tours de vilebrequin) et ce, sur une plage de régimes allant de 700 à 4000 tr/mn.

La combinaison de diverses interventions rapides telles que retard à l’allumage, modification du calage de la distribution via le déphasage des arbres à cames et fermeture du papillon évite une saute brutale de régime lors du switch entre les deux hauteurs de levée de soupapes, la transition s’effectuant en douceur et de façon absolument transparente pour le conducteur, qui ne remarque à l’accélération qu’une montée en puissance régulière analogue à celle d’un turbomoteur et déjà caractéristique des moteurs V6 Audi.

La gestion du moteur s’effectue sans débitmètre d’air massique car elle utilise comme principaux paramètres la pression régnant dans le collecteur, la position des arbres à cames et le régime. En effet, la pression dans le collecteur d’admission est constante sur les plages de fonctionnement où le papillon est totalement ouvert, et le boîtier électronique de gestion moteur ne pourrait pas disposer sur cette base des informations nécessaires à ses calculs.

Les arbres à cames sont donc complétés pas une sensorique sophistiquée qui surveille leur position côté admission. La gestion moteur offre une structure complexe car elle pilote deux programmes de travail complets, l’un pour les charges partielles et l’autre pour la pleine charge, ainsi qu’un gestionnaire de commutation pour les transitions entre ces deux plages de service.

Le système valvelift Audi apporte son potentiel de baisse de consommation de sept pour cent en roulage à vitesse constante dans les plages de charge moyenne. Les économies s’avèrent particulièrement sensibles lorsque le conducteur roule à vitesse moyenne sur un rapport élevé. Le moteur 2.8 FSI de l’Audi A6 travaille avec la levée réduite des soupapes jusqu’à 140 km/h en cinquième et jusqu’à 150 km/h en sixième.

Lorsque le V6 travaille avec la levée complète des soupapes, le conducteur peut apprécier d’autres avantages inhérents à cette nouvelle technique : la simplicité de la réalisation supprime en effet bien des problèmes et autorise de ce fait des régimes jusqu’à 6800 tr/mn - avec la puissance et la vivacité correspondantes.
Autre avantage : la baisse des émissions polluantes lors des départs à froid car le catalyseur atteint plus rapidement sa température de service.

L’avancée par la technologie FSI : rapport volumétrique de 12,0:1

Le moteur 2.8 FSI travaille avec un rapport volumétrique de 12,0:1 qui témoigne du bon rendement de la combustion et ce, grâce à l’injection directe d’essence FSI sur la base du rapport lambda = 1, le passage à l’état gazeux du carburant dans les chambres de combustion abaissant la température du mélange.
La technologie FSI made by Audi a fait la première preuve de sa supériorité en juin 2001 lorsque les moteurs FSI animant les R8 les ont menées à la victoire en sport-prototypes aux 24 Heures du Mans. Depuis, 64 autres victoires sur 80 participations au Mans et à l’étranger ont confirmé cet état de fait.

Une pompe à haute pression entraînée par l’arbres à cames d’admission côté droit refoule le carburant dans deux rampes qui sont connectées l’une à l’autre ;        le système d’injection des deux rampes injecte le carburant avec une absolue précision du dosage directement dans les chambres de combustion à des pressions pouvant atteindre 100 bars. Le collecteur d’admission à double flux piloté est réalisé en matériau composite et comporte un clapet à dépression qui commute entre la plus grande longueur de tubulure au bénéfice du couple et la longueur la plus courte au bénéfice de la puissance.

Le moteur 2.8 FSI comporte par ailleurs quelques améliorations significatives dans la partie distribution où trois chaînes entraînent les arbres à cames. Le nombre des dents a été augmenté sur les pignons intermédiaires et sur le pignon des arbres à cames, d’où un fonctionnement plus silencieux et une réduction des forces exercées par les chaînes. Le dessin triovale (forme légèrement triangulaire du cercle) du pignon des arbres à cames contribue également à cet effet. Cette géomeétrie réduit les vibrations des arbres à cames en rotation et leur influence sur les chaînes.

Les trois chaînes simplex à rouleaux ont été redéveloppées pour un fonctionnement plus silencieux et une meilleure résistance à l’usure. Elles ne nécessitent plus ni entretien ni remplacement. La réduction des forces au niveau des entraînements par chaîne a permis en outre de limiter l’amortissement qu’assurent les tendeurs hydrauliques, et la diminution des précontraintes va de pair avec une diminution des pertes par frottements mécaniques.

Une quatrième chaîne sert à l’entraînement de la pompe à huile, qui a fait l’objet de modifications en profondeur. La pompe travaille désormais avec une régulation de débit volumique , autrement dit en fonction des besoins instantanés. Son débit a été réduit de 30 pour cent. A 4600 tr/mn, elle commute de la plage des pressions basses à la plage des pressions élevées et les gicleurs lubrifiant la tête des pistons sont mis en circuit afin d’éviter les pics de température. Un échangeur thermique huile/eau distinct est placé à proximité immédiate de la pompe.

Moins de frottements mécaniques : diminution de la consommation

Grâce aux modifications apportées à la pompe à huile, à la pompe à eau également réduite en volume et à d’autres améliorations de détail, les ingénieurs motoristes sont parvenus à une réduction significative des pertes par frottements. La pression moyenne de friction à 2000 tr/mn a diminué de 0,22 bar, soit 25 pour cent. Ce progrès considérable se traduit sur le plan de la consommation par une économie de cinq pour cent environ.

Sur l’Audi A6, le moteur V6 2.8 FSI, qui délivre 154 kW (210 ch) à 5500 tr/mn et 280 Nm entre 3000 et 5000 tr/mn fera la preuve à la fois de sa grande régularité de fonctionnement et de ses potentiels d’économie. En cycle normalisé MVEG, la consommation atteint 8,7 litres de Super aux 100 km – un progrès important par rapport au précédent moteur V6 2.8 proposé jusqu’en 2000 sur la précédente génération A6 où il consommait en combinaison avec une boîte mécanique à cinq rapports 9,9 litres de Super aux 100 km – soit 1,2 litre ou presque 14 pour cent de plus ; avec ses 142 kW (193 ch), il délivrait en outre une puissance inférieure de huit pour cent. Difficile de faire mieux que ces chiffres pour démontrer l’avancée par la technologie.