Le Nouvel Automobiliste

Le V8 TDI de l’Audi SQ7 décrypté

Peut-être avez-vous vu passer récemment la nouvelle au Salon de Genève : Audi propose désormais aux personnes qui en veulent toujours plus une version Diesel surpuissante du Q7 : le SQ7.

Voici quelques photos qui vous permettront de juger le monstre :

C’est ce qui se cache sous son capot qui nous intéresse aujourd’hui. Selon Audi, son V8 TDI d’une cylindrée de 3956 cm3 développe 435 ch (320 kW) de 3750 à 5000 tr/min et un couple camionnesque de 900 N.m dès 1000 tr/min et jusqu’à 3250 tr/min.

Ces chiffres impressionnants lui permettent d’abattre le 0 à 100 km/h en 4,8 secondes et d’atteindre une vitesse max de 250 km/h (limitée électroniquement). Audi revendique une consommation relativement contenue compte tenu (pas mal) des performances avec une consommation mixte sur NEDC qui devrait être de 7,4 L/100 km.

Pour arriver à ses fins, Audi a développé une véritable usine à gaz. On y retrouve, entre autres :

  • 8 cylindres
  • 1 système d’injection de 2500 bar
  • 2 turbocompresseurs (qui fonctionnent dans un mode séquentiel-parallèle, on y reviendra plus tard)
  • 1 compresseur électrique (appelé EPC pour Electric Powered Compressor)
  • 1 système électrique 48V
  • 1 système de levée variable des soupapes d’admission (appelé AVS pour Audi Valvelift System)
  • 1 système de levée variable des soupapes d’échappement
  • 1 système NOx trap pour réduire les émissions de NOx
  • 1 système SCR (avec injection d’AdBlue) intégré à un filtre à particules pour réduire les émissions de NOx et de particules
  • 1 système pour faire un joli bruit à l’échappement

Audi a publié une belle vidéo qui permet de se rendre compte des différents éléments qui interviennent :


Pour aller encore plus loin et bien comprendre le fonctionnement de ce moteur, j’ai laissé s’exprimer l’artiste qui sommeille en moi pour arriver à ce schéma. Avant de continuer, il est important de noter que ces illustrations ne sont pas des illustrations officielles d’Audi et le fonctionnement réel peut donc différer de ce que j’explique ici (même si je pense que c’est à 90% bon).

Audi_SQ7_schema_moteur_1v2

On retrouve tous les éléments cités au-dessus et présents dans la vidéo d’Audi :

  • les 2 turbocompresseurs
  • le compresseur électrique (EPC)
  • les 2 intercoolers (échangeur d’air de suralimentation qui permet de refroidir l’air après l’avoir comprimé)

Les vannes qui servent à bloquer les flux sont symbolisées par les pastilles noires et le trait blanc à l’intérieur indique l’état (ouvert ou fermé) de la vanne. Plusieurs couleurs ont été utilisées pour le circuit d’admission (couleurs froides) et pour le circuit d’échappement (couleurs chaudes). La raison est simple, on a vu précédemment qu’un système de levée variable était présent à l’admission et à l’échappement :

  • à l’admission : pour entrer dans le cylindre, l’air passe soit uniquement par le conduit turquoise, soit par les deux conduits (turquoise et bleu clair)
  • à l’échappement : les gaz d’échappement passent soit uniquement par le conduit rouge, soit par les deux conduits (rouge et orange). Il y a donc 2 collecteurs d’échappement par banc de cylindre, soit 4 au total !

Nous pouvons très schématiquement définir 3 modes de fonctionnement.

Mode 1

Le premier a lieu lorsque le conducteur fait une demande de couple important (= appuie sur l’accélérateur) alors qu’il est à l’arrêt ou à une vitesse très faible. Audi_SQ7_schema_moteur_2

Il se trouve donc à un régime moteur faible et à une charge faible (charge=couple / couple maxi disponible à ce régime). Avec un moteur turbocompressé normal, on aurait ici affaire au lag du turbo : le couple max arriverait au bout d’un certain laps de temps, c’est-à-dire après que le turbo ait atteint un certain régime de rotation. C’est précisément dans ce mode de fonctionnement que le système proposé par Audi présente un intérêt : puisque l’énergie récupérable à l’échappement n’est pas suffisante pour faire tourner les turbocompresseurs, Audi utilise le compresseur électrique (EPC) pour comprimer l’air à l’admission. L’air passe par le compresseur n°1 puis par un échangeur. Une vanne empêche ensuite l’air de passer directement dans les répartiteurs d’admission : l’air est à ce moment comprimé par l’EPC. Ce compresseur électrique peut tourner jusqu’à 70000 tr/min et atteint ce régime en moins de 250 ms. On comprend là l’intérêt d’un tel système puisque la mise en rotation d’un turbocompresseur peut prendre plusieurs secondes quand il part d’un quasi-arrêt.

Point intéressant : l’EPC est fourni par l’équipement français Valeo (c’est même écrit dessus). Pour alimenter ce moteur, dont la puissance peut atteindre 7kW, le système 12V traditionnel ne suffit pas. Audi a donc installé un système 48V constitué d’une batterie d’une capacité de 470 W.h et qui peut délivrer jusqu’à 13 kW. Cette batterie est positionnée à l’arrière du SQ7. Le circuit est également utilisé pour alimenter les barres anti-roulis actives (qui mériteraient un article à elles seules…).

Dans ce mode de fonctionnement, le système AVS ne laisse s’ouvrir qu’une seule soupape à l’admission (sur les deux d’un cylindre). Tout laisse penser que ce conduit d’admission permet de générer un fort niveau de swirl (d’où la forme du conduit turquoise sur le schéma) qui sera bénéfique à la combustion (voir la vidéo en lien si le swirl ne vous parle pas). Le schéma juste en dessous donne une illustration de ce phénomène sur un autre moteur du constructeur allemand. Dans ce moteur, l’aérodynamique interne variable n’est pas réalisée par le système AVS mais par un clapet situé à l’admission et qui bouche un des 2 conduits. Le principe et les objectifs sont exactement les mêmes : on fait passer tout l’air par le conduit « swirl » pour avoir un fort mouvement d’air dans la chambre de combustion et on fait passer l’air par les 2 conduits lorsqu’on doit passer un débit d’air élevé (le deuxième conduit a en effet une forme moins complexe qui génère moins de pertes de charge et permet donc de mieux remplir le moteur en air).

Audi_Swirl

Là où c’est encore plus fort (enfin je trouve), c’est qu’un système AVS est également présent à l’échappement : ainsi, une seule soupape d’échappement (sur les 2 d’un cylindre) s’ouvre. Les gaz d’échappement d’un cylindre passent donc dans une seule soupape et les gaz d’échappement des 8 cylindres sont rassemblés et envoyés vers une seule turbine. On a vu précédemment que ce réglage était utilisé pour un fonctionnement où on récupère très peu d’énergie à l’échappement. Il est donc inutile d’envoyer les gaz d’échappement vers les deux turbos : il vaut mieux les concentrer en un seul et en faire tourner un correctement plutôt que les deux à moitié. Le fait d’utiliser l’EPC permet de générer « artificiellement » de la suralimentation. On a plus d’air, donc on peut brûler plus de carburant, donc on récupère plus d’énergie à l’échappement, … C’est le cercle vertueux qui fait qu’au bout d’un moment, le turbocompresseur n°1 va être actif et permettra de comprimer l’air. A ce moment là, l’EPC n’aura plus d’utilité et on pourra s’en passer.

Mode 2

Le deuxième mode intervient lorsque le moteur est déjà lancé, mais à un régime relativement faible.

Audi_SQ7_schema_moteur_3

Dans ce mode de fonctionnement, l’EPC n’est plus actif et c’est le turbocompresseur qui se charge de comprimer l’air pour tous les cylindres. Comme pour le mode 1, l’AVS à l’échappement laisse sortir les gaz d’échappement uniquement par une soupape d’échappement et dirige les gaz d’échappement de tous les cylindres vers une seule et même turbine, celle du turbo n°1.

Côté admission, on voit que l’air est comprimé par le turbocompresseur n°1, il passe ensuite dans les deux échangeurs avant d’arriver dans les répartiteurs d’admission des deux bancs de 4 cylindres. Une autre différence avec le mode n°1 réside dans le fait que l‘AVS à l’admission ouvre les deux soupapes d’admission de chaque cylindre : une partie de l’air passe par le conduit qui génère du swirl, l’autre partie de l’air passe par l’autre conduit, plus droit et qui permet de remplir plus facilement le cylindre en air. Comme on se trouve à un régime moteur plus élevé que dans le mode 1, on ne peut pas se permettre de n’ouvrir que le conduit d’admission « swirl » puisque la perte de charge qu’il génèrerait serait trop élevée.

Mode 3

Le troisième mode intervient quant à lui pour les régimes les plus élevés, et est là pour atteindre la puissance maximale du moteur.

Audi_SQ7_schema_moteur_4v2

La seule différence par rapport au mode précédent est que le système AVS à l’échappement autorise l’ouverture des deux soupapes d’échappement. Ainsi, on retrouve deux circuits d’échappement distincts : le circuit rouge, alimenté par une partie des soupapes d’échappement, et qui alimente le turbocompresseur n°1 et le circuit orange, alimenté par l’autre partie des soupapes d’échappement, et qui alimente le turbocompresseur n°2. Comme le régime moteur est assez élevé, le débit d’échappement est suffisamment important pour alimenter les deux turbines. L’air est donc comprimé par les 2 turbocompresseurs.

Je vous ai présenté ici les différentes configurations de circuits d’admission et d’échappement qu’il est possible de trouver sur ce SQ7. Il faut ajouter les différents circuits liés à l’EGR (recirculation des gaz d’échappement), qui permettent de réduire à la source les émissions de NOx ainsi que tous les systèmes de post-traitement (NOx-trap, SCR, …) qui ajoutent une complexité supplémentaire.

Ce moteur est une belle démonstration de ce qu’il est possible de faire du côté des moteurs Diesel en 2016, en mettant de côté les contraintes budgétaires (on se doute que ce n’était pas le critère n°1 du développement). En parlant d’argent, Audi indique que le SQ7 sera en vente en Allemagne à partir de 89900€. Nous espérons pouvoir compléter cet article par un essai de la bête dans les mois qui viennent.

Via. Audi