L’avenir par la distribution variable

Le moteur 4 temps traditionnel (essence ou diesel), doit présenter les meilleures performances sur une plage de régime très large, habituellement entre 1 000 tr/min (le ralenti) et vers 4 000 à 6 500 tr/min au régime de puissance maxi. L’ouverture des soupapes qui détermine le volume de gaz admis dans la chambre de combustion, n’est idéale qu’à un régime très précis qui prend en compte la dépression créée par la vitesse du piston, la levée des soupapes et leur temps d’ouverture. Cette plage idéale se situe sur environ 1 000 tr/min. On est loin des 4 000 tours d’écart de la reprise à la puissance maxi. Pour optimiser cela, il faudrait modifier le taux de compression et les volumes de gaz circulant dans le moteur, soit l’ouverture et la fermeture des soupapes.

Une recherche complexe

Depuis plus de 20 ans, les constructeurs ajoutent à la commande des arbres à cames, des dispositifs permettant ces changements en cours de fonctionnement, le Valvetronic de BMW est le système mécanique le plus élaboré, en autorisant une levée de soupape plus ou moins importante en changeant la position d’un linguet intermédiaire entre la came et le poussoir de soupape.

Audi a également adopté un montage à deux cames aux profils spécifiques qui appuient alternativement sur le poussoir de soupape avec un diagramme d’ouverture dédié à des caractéristiques complémentaires. C’est également, en plus simple, le principe du VTec de Honda monté depuis déjà 1990. Mais le plus élaboré des systèmes de distribution variable est actuellement le UniAir de Schaeffler monté depuis 2009 déjà chez Fiat sous la dénomination MultiAir. Il permet la variation d’ouverture des soupapes en durée autant qu’en levée avec une énorme variété de diagramme.

Comment ça marche ?

Un arbre à cames classique est utilisé, avec un entrainement de distribution traditionnel. Celui-ci n’est pas en relation mécanique avec les soupapes, mais appuie sur un piston hydraulique comprimant l’huile dans un volume tampon. Cet espace est ouvert sur un poussoir commandant la soupape d’une part et vers une électrovanne permettant la chute de la pression.

Si l’électrovanne est fermée, la commande de la soupape est directe et le diagramme d’ouverture est équivalent au profil de la came, avec une levée et un temps d’ouverture maximum. Si l’électrovanne est ouverte pendant une fraction du temps d’ouverture de la soupape, la levée est alors réduite jusqu’à la fermeture de l’électrovanne. Le diagramme d’ouverture est ainsi paramétrable avec autant de possibilités que la commande électronique peut permettre.

Les résultats

Utilisé dès 2009 sur des moteurs du groupe Fiat (Alfa Romeo MiTo et Fiat 500 UniAir), le système est exploité dans un premier temps pour atteindre plus facilement les normes antipollution. Mais de son coté, Schaeffler continue de développer le concept pour réduire les consommations et améliorer le rendement. Les concepteurs du système développent des stratégies propres à chaque régime et à chaque situation de charge, allant jusqu’à redimensionner les autres pièces du moteur pour optimiser les pertes par frottement. Ainsi, la réduction de la force des ressorts de soupape est-elle possible sur ce type de moteur.

L’avenir, le cycle Atkinson, l’autocombustion

L’adoption du système MultiAir autorise l’exploitation du cycle Atkinson sans en avoir les inconvénients. Le cycle Atkinson utilise une course de détente plus longue que la course de compression. Pour reproduire ce fonctionnement dans un moteur 4 temps classique, la soupape d’échappement reste ouverte bien après le point mort bas, en réduisant le volume d’air admis dans le cylindre. Les motoristes compensent avec un taux de compression plus élevé, jusqu’à 13 ou 14 à 1, avec comme résultat un moteur plus économe en carburant.

Pour Jaguar, le UniAir est combiné à un double déphasage des arbres à cames, autorisant une gestion encore plus élaborée des ouvertures de soupapes. Le moteur 4 cylindres 2.0 l ainsi que le 6 cylindres de 3.0 l. affichent des performances parmi les meilleures de leurs catégories, tant en puissance qu’en couple, en procurant un grand agrément d’utilisation alors que les consommations relevées sont dans des valeurs de voitures bien moins sportives...