admission et distribution variable (ValveTronic, VTEC, VVT etc)
Plan de l'article :
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Que veut dire avoir une distribution variable et quels avantages peut elle amener ? Décortiquons cette technique qui est employée chez quelques motoristes.
Comprendre la distribution classique "fixe"
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Comme vous le savez certainement, la distribution permet de synchroniser le mouvement du vilebrequin avec celui des soupapes d'admission et d'échappement. Cela se produit donc par une courroie ou une chaîne qui relie le vilebrequin à l'arbre à cames. Cet arbre tourne alors au même rythme que le vilebrequin, les cames situées dessus viennent alors ouvrir temporairement les soupapes en les poussant (elles reviennent en position grâce à des ressorts). Le degré et le temps d'ouverture sont donc relatifs à la forme des cames. Plus elles sont arrondies plus le temps d'ouverture sera long, plus elle sont longues plus l'ouverture sera grande.
Notions de base sur les cames
Selon la forme des cames, l'ouverture des soupapes sera différentes. Voici les grandes notions qui serviront à mieux comprendre la suite. Pour les plus débutants, sachez que les cames tournent sur elles-même comme une aiguille de montre (elles viennent toucher à chaque tour la soupape pour la faire descendre), sans cela vous ne comprendrez pas les schémas.
Forme plus ou moins conique
Plus la came sera "pointue", moins la durée d'ouverture sera longue. En effet, la came de droite viendra forcément ouvrir la soupape sur une durée plus longue puisque son extrémité va être en contact plus longtemps (elle appuiera sur la soupape pendant une durée plus longue donc, elle sera donc ouverte plus de temps).
Si le bout est de la même taille mais que la came est plus grande, et bien la soupape sera poussée plus loin vers le bas (sans toutefois que la durée d'ouverture ne change).
Ici on décale juste la position de la came par rapport à l'arbre (d'où le petit repère placé sur l'axe de l'arbre pour que vous le voyiez)
Distribution variable : principe
Vous l'aurez donc compris, le distribution variable consiste à pouvoir moduler les paramètres (pas forcément tous, cela dépend des systèmes) des soupapes d'admission et d'échappement (souvent que d'admission), à savoir :
- Moment d'ouverture des soupapes (plus ou moins en avance)
- Durée d'ouverture (plus ou moins longtemps)
- Degré d'ouverture (plus ou moins ouvert)
L'ouverture variable des soupapes est alors généralement produite par un circuit hydraulique qui vient faire bouger un élément intermédiaire situé entre les soupapes et les cames (culbuteur à plusieurs positions). On peut citer le ValveTronic (BMW) ou encore le système VTEC (Honda). Il existe aussi des systèmes qui rendent la poulie de l'AAC modulable au niveau de son axe afin de changer les moments d'ouverture (pas de culbuteur mobile ici). Je pense ici au système VVT de Toyota.
Sur le système Valvetronic de BMW, on fait bouger la position des culbuteurs spécifiques grâce à un système de vis sans fin qui bouge un arbre (cet arbre modifie donc la position des culbuteurs sur toute la ligne). Le culbuteur est une pièce qui se situe entre l'arbres à cames et les soupapes (sorte de levier), si je pousse l'un d'entre eux ça pousse aussi la soupape correspondante. Grâce à des culbuteurs ayant une forme spécifique, le fait de modifier leur positionnement permet alors de pousser les soupapes d'une manière différente. Ici on a deux culbuteurs en cascade, ma came vient pousser un premier culbuteur, qui lui-même pousse le deuxième et qui lui-même pousse la soupape. Un système permet de faire varier la position initiale du premier culbuteur, ce qui aura comme effet de modifier toute la chaîne, entraînant alors une modification du temps d'ouverture des soupapes.
Mais les manières de faire varier l'ouverture des soupapes peuvent être différentes, chaque ingénieur ayant eu sa propre idée pour cela ...
De plus, certains systèmes ne vont jouer que sur le degré d'ouverture quand d'autres vont se focaliser sur le temps d'ouverture ou encore le moment.
On peut préciser par exemple que le VTEC va jouer sur la "grandeur" et le temps d'ouverture de la soupape, le VVT va lui décaler le moment d'ouverture / fermeture.
Système ValveTronic
C'est le système le plus pointu et efficace sur la marché car il permet plus de possibilités au niveau de la gestion variable des soupapes.
(Mettre la vidéo en plein écran pour mieux voir ce qui se produit)
Système VTEC
Plus bas les explications schématisées
Fonctionnement VTEC
Vue de profil : les cames du "premier plan sont sur le même plan" et les deux du fond aussi (bleu clair et rose). Notez que l'arbre du haut tourne sur lui même au même rythme que le vilebrequin (c'est un arbre à cames classique). Le deuxième du dessous ne tourne pas sur lui-même, il ne peut qu'être incliné vers le bas et revenir à sa position initiale (voir le vidéo du dessus)..gif)
Vue de dessus pour mieux comprendre le premier schéma
Fonctionnement "normal"
Ici tout se produit comme avec un arbre à cames normal, on peut donc oublier les deux cames du fond (bleu clair et rose). La came du haut (AAC moteur) vient pousser la came de l'arbre intermédiaire du bas qui elle-même pousse la queue de soupape. La longue came du haut vient pousser assez bas la came rose du deuxième arbre. Mais comme elle n'est pas fixée à son arbre cela n'influe sur rien ...
Avec distribution variable active
Ici les choses changent un peu, les deux cames de l'arbre du dessous (l'arbre intermédiaire) sont désormais fixées entre elles par un loquet. De ce fait, la came rose est en prise avec son arbre, résultat la longue came de l'arbre du haut (bleu clair) pousse la came rose qui entraine donc en même temps la bleue située à ses côté. Cela fait donc varier plus l'inclinaison du deuxième arbre de manière plus importante car la deuxième came du haut est plus longue.
Avantages de la distribution variable
Le fait de contrôler le degré et le temps d'ouverture selon le régime moteur permet beaucoup d'avantages ... En effet, le contrôle de la modularité du temps et du degré d'ouverture a des bienfaits sur la consommation, l'agrément et les performances, rien de moins !
Pour la consommation, on réduit l'effet de pompage des moteurs essence en permettant alors de fonctionner avec le papillon des gaz ouvert le plus possible. Car un moteur essence ne fonctionne pas en excès d'air comme sur un diesel, il faut limiter l'arrivée d'air pour ne pas que le mélange soit trop pauvre. En permettant de réduire l'ouverture des soupapes d'admission on peut alors ouvrir plus grand le papillon (on limite donc la prise d'air par la soupape et non par le papillon).
De plus, les ingénieurs se sont aperçus que le rendement moteur était un peu meilleur à haut régime quand les soupapes d'admission et d'échappement étaient ouvertes ensembles pendant un tout petit laps de temps. Cependant cette manière de fonctionner n'est pas possible sur les petits régime, notamment le ralenti car l'aspiration n'est plus assez "brutale" pour exploiter ce phénomène. La distribution variable par les cames permet donc d'avoir des soupapes qui s'ouvrent et se ferment à la suite dans les bas régimes mais qui en même temps peuvent avoir une ouverture commune (une toute petite partie du temps) à haut régime.
Inconvénients ?
Le système apporte de la complexité au moteur et donc potentiellement plus de pannes ... De plus, tout le dispositif alourdit un peu le travail du vilebrequin qui est alors pénalisé par une petite résistance supplémentaire (très légère baisse du rendement), sauf sur le VVT de Toyota qui reste un module électrique qui fait varier la position de l'axe de l'arbre à cames.
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