La technologie à travers le temps : comment fonctionne la distribution variable des soupapes

Cœur de la plupart des véhicules d’aujourd’hui, le moteur à combustion interne a considérablement progressé au cours de son histoire centenaire.

Cette série présente certaines des principales innovations en matière de technologie des moteurs avant de s’intéresser aux alternatives au moteur à combustion. Cette semaine, comment fonctionne la distribution variable des soupapes.

Voyez les autres parties de cette série :

La technologie à travers le temps : L’injection de carburant
La technologie à travers le temps : La suralimentation
La technologie à travers le temps : La turbocompression
La technologie à travers le temps : Les piles à hydrogène

Objectif

Pour qu’un moteur à combustion produise de la puissance, l’air doit entrer et les gaz d’échappement doivent sortir de la chambre du cylindre. L’ouverture et la fermeture de ces passages d’admission et d’échappement sont contrôlées par des soupapes, appelées respectivement soupapes d’admission et soupapes d’échappement.

Sans calage variable des soupapes, ces soupapes d’admission et d’échappement fonctionneraient de la même manière, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur (tours par minute) ou l’environnement de conduite. Ce n’est pas idéal, car le conducteur peut vouloir un comportement différent du moteur sur toute la plage de régime. Par exemple, à haut régime, le conducteur peut souhaiter plus de puissance, tandis que l’économie de carburant peut être la priorité à bas régime avec des charges moteur plus légères.

Une section transversale simple de soupape et de moteur.

Le calage variable des soupapes permet ces différents comportements en modifiant le fonctionnement des soupapes d’admission et d’échappement à différents régimes moteur. Ainsi, il permet d’optimiser les performances du moteur, tout en améliorant la consommation de carburant et les émissions.

Historique

L’Alfa Romeo Spider 2000 a été le premier véhicule de série à être équipé de la distribution variable.

La nécessité de la distribution variable a été reconnue dès 1924, lorsque des Américains ont breveté une soupape à durée d’ouverture variable pour un moteur à combustion interne. Le Spider 2000 d’Alfa Romeo a été le premier véhicule de série au monde à être équipé d’un système de distribution variable en 1980.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Les constructeurs automobiles ont tendance à avoir leurs propres noms pour la technologie de distribution variable. Par exemple, Toyota utilise un système « VVT-I » (Variable Valve Timing with Intelligence) tandis que Honda, de manière un peu célèbre, appelle son système « VTEC » (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control).

La Chaser de Toyota a été l’une des premières voitures à recevoir sa version VVT-i de la technologie.

Bien que ces systèmes puissent présenter quelques différences dans leur mise en œuvre, ils partagent tous la même technologie sous-jacente et les mêmes principes d’ingénierie.

Pour que les soupapes d’admission et d’échappement s’ouvrent et se ferment, elles sont reliées à un arbre à cames rotatif qui se trouve au-dessus des soupapes.

La célèbre technologie VTEC de Honda est présente sur l’ensemble de sa gamme.

La technologie de calage variable des soupapes contrôle trois caractéristiques clés des soupapes d’admission et d’échappement :

• Calage des soupapes – les points du mouvement du piston auxquels les soupapes s’ouvrent et se ferment.
• Durée des soupapes- combien de temps les soupapes restent ouvertes.
• Lift des soupapes- combien les soupapes s’ouvrent physiquement (leur ouverture).

Pour ce faire, divers capteurs, tels que les capteurs de débit d’air et de position de l’arbre à cames, fournissent des informations à l’ECU (unité de contrôle du moteur) de la voiture, qui utilise ensuite divers mécanismes pour contrôler les caractéristiques des soupapes susmentionnées. Le système VTEC de Honda, par exemple, déplace physiquement l’arbre à cames afin de donner plus de levée à la soupape.

Un aperçu très basique du fonctionnement du VTEC.

L’avenir

À l’heure actuelle, les systèmes de distribution variable reposent sur la manipulation de l’arbre à cames afin de modifier indirectement les trois caractéristiques clés des soupapes décrites ci-dessus. Ceci, à son tour, limite la variabilité de la soupape. Au lieu de cela, les futurs systèmes de distribution variable pourraient permettre un contrôle direct de chaque soupape (parfois appelé moteur  » sans came  » ou  » à soupapes libres « ), permettant ainsi une variabilité infinie et, par conséquent, de meilleures performances du moteur.