TECHNIQUE : LE VTEC HONDA

Concilier le couple à bas régime et la puissance haut perchée a longtemps été mission impossible. Pourtant, Honda a réussi à associer ces deux caractéristiques a priori antagonistes et en a fait sa marque de fabrique durant deux décennies. Porte-drapeau de son savoir-faire acquis en Formule 1, le VTEC est le chemin le plus court entre la voiture de série abordable et la voiture de course…

Texte : Maxime JOLY - Photos : D.R.

Après le V12 Bizzarrini de Lamborghini, le VR6 de Volkswagen et le V6 Busso d'Alfa Romeo, voici une autre motorisation mythique de l’histoire de l’automobile sportive : le VTEC Honda. Bien que n’ayant pas survécu aux strictes normes antipollution européennes, cette technologie continue à faire rêver, en occasion, les amateurs de belle mécanique. Et pour cause, avec ses régimes himalayens et sa sonorité atypique, difficile de ne pas succomber à la tentation…

UN PEU D'HISTOIRE

Outre l'invention des soupapes Desmodromiques, dont l'ouverture et la fermeture n'est plus commandée par un arbre à cames et un ressort mais par deux cames et deux arbres distincts, permettant d'obtenir un meilleur remplissage des cylindres grâce à des levées et des durées de pleine ouverture plus importantes des soupapes, les premières mises en pratique de calage variable des arbres à cames d'admission sur un moteur à combustion remontent au début du siècle dernier et à l'aviation, notamment sur le moteur Bristol Jupiter de 1920 ou le Lycoming R-7755. Le décalage de l'admission est alors opéré manuellement par le pilote pour améliorer le rendement en fonction de l'altitude. En 1939, BMW utilise pour la première fois un calage variable sur son moteur d'avion type 802 de 18 cylindres en double étoile de 54l à compresseur. Bien que Porsche ait aussi fait des recherches dans ce sens, à la fin des années 60, Fiat est le premier constructeur a déposer des brevets pour les moteurs automobiles concernant des solutions de distribution variable en fonction du régime moteur avec une commande hydraulique. En 1972, Giovanni Torazza ingénieur motoriste au département recherche expérimentale chez Fiat expose ses travaux dans un mémoire très complet. En 1975, GM dépose également des brevets concernant ce principe. Mais la technologie reste à l'état expérimental jusqu'à 1983, avec la sortie de l’Alfa Romeo Alfetta 2.0 Quadrifoglio Oro à variateur de phase. La même année, Honda présente une moto révolutionnaire, la 400 CBR. Elle est équipée du système REV (Revolution-modulated valve control). Ce mécanisme consiste en la désactivation temporaire de deux soupapes puis de leur réactivation à un régime prédéfini. Le but de l’opération est de combiner une puissance spécifique de 200 ch/L et une consommation record. Même si le VTEC ne fonctionne pas de la même manière que le REV et que ce dernier fut cantonné au monde de la moto, son rôle précurseur ne peut être nié. En 1987, Nissan commercialise son moteur VG20DET, un 2.0 de 210 ch utilisant la technologie N-VCT (Nissan Variable Cam Timing). En 1989, c'est au tour de Honda de proposer son célèbre VTEC...

DES DEBUTS PROMETTEURS

Le VTEC répond à une problématique simple : afficher la plus grande puissance spécifique possible. Il y a plusieurs raisons cela, à commencer par la taxation japonaise calculée sur la cylindrée et non la puissance. Il est donc plus avantageux d’avoir un moteur à fort rendement qu’une grosse cylindrée « à l’américaine ». L’autre point mis en avant par Honda est une consommation maîtrisée ; de quoi abandonner l’idée de la suralimentation. Enfin, une certaine idée de la noblesse et de la sportivité dicta le choix du VTEC, l’affichant comme un héritage de la F1. En 1986, la décision est prise de se lancer la conception de cette mécanique d’exception, sous la coupe de Kenichi Nagahiro. La conception ne prit pas de retard et, comme prévu, les grands débuts du Variable valve Timing and lift Electronic Control ont lieu en avril 1989 dans les Integra DA6 RSi/XSi. Il faudra attendre deux ans pour découvrir en Europe le 1.6L 16S à double arbre à came en tête, commercialisé dans les CRX EE8 et Civic EE9. Le cahier des charges tenait en peu de choses : du couple en bas et de la puissance en haut. Pour y parvenir, Nagahiro mit au point un système combinant le calage variable à l’admission et à l’échappement et la levée des soupapes (voir notre dossier sur la distribution variable). Chaque paire de soupapes est actionnée par un groupe de trois cames, au lieu de deux habituellement. Chaque groupe est à son tour actionné par un trio de culbuteurs, lesquels sont percés dans le sens horizontal pour laisser circuler un piston de verrouillage, actionné par la pression d’huile et commandé par le calculateur. Sous 5.300 tr/min (à condition que la température ait atteint 60° dans le circuit de refroidissement, que la pression d'huile soit suffisante et que la vitesse du véhicule ne soit pas nulle), les culbuteurs - placés aux extrémités de chaque groupe - ne sont pas reliés au culbuteur central et sont actionnés par les cames asymétriques. Les profils de celles-ci sont arrondis. Il n’y a pas de croisement et la distribution du moteur favorise le couple à bas régime. Voilà pour Docteur Jekill. Mister Hyde entre en action à 5.300 tr/min. Le calculateur donne alors l’ordre à un solénoïde de laisser passer l’huile en provenance de la pompe vers le piston de verrouillage qui, en se déplaçant sous l’effet de la poussée, solidarise les groupes de culbuteurs. Ils se trouvent ainsi entrainés par la came centrale dont le profil plus pointu détermine un large croisement. Cette opération, quasi instantanée mais brutale au point d'occasionner instantanément une chute de puissance/couple toutefois imperceptible, autorise le limiteur à dépasser les 8.000 tr/min. Pour favoriser le haut régime, la course a été réduite par rapport aux blocs de la famille D, à l’inverse du rapport volumétrique, sensiblement augmenté. Le titane et des matériaux frittés sont utilisés pour limiter l’augmentation du poids des masses en mouvement. Les chiffres plaident en faveur du B16A - catalysé ! - avec 94 ch/L obtenus. Seule la BMW 320is e30 faisait mieux avec 96,5 ch/L, en étant toutefois dépourvue de toute catalysation. Bien que ne manquant pas de souplesse, le couple de 144 Nm à 7.100 tr/min était le seul bémol à cette mécanique prometteuse. Une nouvelle version de ce bloc, baptisée B16A2, fut proposée sur la Civic VTi quelques mois plus tard. La puissance ne gagne que 10 ch mais franchit le cap des 100 ch du litre. L’objectif initial est atteint ! En outre, le couple passe à 150 Nm à 7.000 tr/min. Du mieux mais le 1.595 cm3 paye toujours sa petite cylindrée par rapport à un gros bloc de puissance équivalente.

NSX : LA SUPERCAR DE HONDA

Très rapidement, le moteur VTEC reçoit ses lettres de noblesse. Présentée au salon de Chicago de février 1989 et commercialisée à l’été 90, la New Sport car-eXperimental, ou NSX, est mise sous la responsabilité de Nobuhiko Kawamoto. Ayrton Senna et Alain Prost participèrent à son développement et elle marqua les intentions de Honda de rivaliser avec les constructeurs de prestige tels que Porsche et Ferrari. La NSX fait suite au concept Experimental HP-X (Honda Pininfarina Xperimental), motorisée par le C20A également vu sous le capot de la Legend. Du concept, elle va en conserver la base mécanique : un V6 supercarré ouvert à 90°, logé en position centrale arrière. Du fait de l’angle d’ouverture particulier du V6, le vilebrequin est à quatre paliers à maneton décalés pour éviter l’impression que le moteur ne « tourne pas rond ». La première prouesse fut de se dispenser du caractère habituel « odd-firing » induit par un V6 à 90° pour revenir à du « even-firing » (voir note en fin de page). La base de travail fut le C27A1 à simple arbre à came en tête qu’ils passèrent à 3 litres. Malgré un taux de taux de compression de 10.2:1, 255 chevaux étaient péniblement atteints sur les premiers exemplaires testés sur la piste de Suzuka. Ni une ni deux, Honda mit à profit son étude parallèle du VTEC DOHC pour doper la puissance. Le résultat est un gain de 20 chevaux pour un total affiché de 274 ch à 7300 tr/min et une hausse significative du couple. Son rendement de 91 ch/L était supérieur à ce que proposait Ferrari sur les 328 et 348. Il y a une légère différence entre les versions à boîte manuelle et automatique, ces dernières ayant un régime maximal inférieur de 500 tr/min. Cela aboutit à une puissance moindre sur la version automatique. Technologiquement à la pointe sur son châssis tout alu, son moteur n’était pas en reste : bloc entièrement en aluminium conçu par ordinateur, culasses en aluminium coulé ultrarésistant, couvre culasse et collecteur d’admission en magnésium, pistons allégés et traités au molybdène et bougies à électrode platine situées au centre de la chambre de combustion. La courroie de distribution est faite d’étoffe tissée, de caoutchouc et de fibre de verre. En première mondiale sur un modèle de série, les bielles sont en titane et permettent à elles seules de gagner 700 tours/minute sur la plage d’utilisation du moteur. Le conduit d’admission est situé côté passager (sur les RHD donc côté conducteur pour nous) pour refroidir au mieux le compartiment moteur. Des tests eurent lieu dans les déserts australiens pour s’assurer que le compartiment résistait aux conditions extrêmes. De plus, la nippone dispose d’un système d’admission d’air à volume variable modulant la vitesse de passage des gaz selon le régime appelé VVIS et du WIS, dispositif spécifique d’allumage sans distributeur. Un microprocesseur calcule la quantité exacte de carburant nécessaire à injecter dans chaque cylindre. L’injection et l’allumage sont gérés par un boîtier PGM-FI, déjà vus depuis quelques temps sur d’autres modèles de la firme japonaise. Chaque C30A était assemblé à la main dans l’usine de Tochigi. En 1992, il y eut la NSX Type R, plus légère de 120 kg et dotée d’un rapport de pont plus court. En février 1997, la NSX 3.2 est présentée. Le C32B est issu d’un réalésage du C30A dont les pistons passent de 90 à 93 mm. Honda utilisa le traitement des chemises au FRM (Fiber Reinforced Metal) permettant d’utiliser des parois de cylindre plus fines et de diminuer les frictions internes. AMG utilise un procédé similaire sur son V8 6.2, tout comme Maserati sur celui de la MC Stradale. Durant le coulage, l'alliage aluminium du bloc-cylindres est versé autour du noyau des cylindres composés de fibres de carbone et d'alumine, qui commencent à absorber l'aluminium fondu. Ensuite, les cylindres sont alésés en enlevant la plus grande partie de la matière du noyau. Cependant, les extrémités extérieures sont conservées, laissant ainsi une paroi de cylindre composite dure et résistante, d'au moins 0,5 mm d'épaisseur, intégrée au bloc mais renforcée par les fibres de carbone et d'alumine. Les injecteurs ont été modifiés et les culasses retravaillées, recevant de nouvelles soupapes d’admission qui ont gagné un millimètre de diamètre, passant à 36 mm. Un nouveau vilebrequin et des collecteurs d’échappement 3 en 1 ont été installés. Bien que plus gros, le C32B est 3 kg plus léger que son prédécesseur. Officiellement la NSX ne passe qu’à 280 ch mais des chiffres officieux situent davantage la puissance entre 290 et 295 ch. Plus rond, le V6 perd en rage ce qu’il gagne en couple. Le 23 mai 2002, une descendante à la NSX Type R, tout simplement appelée NSX-R.

SOHC VTEC
En 1992 est commercialisée une version moins complexe du VTEC DOHC. Le 1.6 est doté d’un simple arbre à came en tête (commandant toujours 16 soupapes !) qui reçoit une came supplémentaire. La levée des soupapes et le calage variable ne s’opèrent qu’à l’admission. A part ça, le VTEC se déclenche sous les mêmes contraintes. La puissance baisse à 125 ch, ce qui était une valeur honorable correspondant aux standards que l’on trouvait chez les autres constructeurs. Le plus de cette mécanique reste son couple dont 90% est disponible de 2.000 à 6.600 tr/min.

VTEC-E
Rapidement, Honda sort une déclinaison économique du VTEC fonctionnant avec un mélange très pauvre. L'AFR peut atteindre 25:1, d'où l'utilisation d'une sonde large bande au lieu d'une lambda conventionnelle. Une soupape d’admission par cylindre est désactivée sous 2.500 tr/min avant d’être actionnée par une came plate. La chambre de combustion a été retravaillée et les culbuteurs sont équipés d’un roulement à aiguilles afin de diminuer les frottements. Comme sur le SOHC, la levée des soupapes et le calage variable n’ont lieu que côté admission. Malgré cet attirail technologique, la puissance n’est que de 90 chevaux, avant de passer à 114 à partir de 1996 sur l’EK3. L’important était ailleurs avec 90% de couple disponible dès 1.000 tr/min et un appétit record en sans plomb.

3-STAGE VTEC
Ce que l’on appelle 3-Stage VTEC est un mélange du VTEC classique et de sa version économique. En combinant les deux procédés, Honda souhaitait améliorer la disponibilité du couple à bas régime et la consommation, tout en maintenant le caractère rageur du VTEC. Cette technologie en trois phases a été lancée en 1995 sur les moteurs D. La phase 1 correspond au VTEC-E (ou mode 12-soupapes), la seconde va de 2.500 à 5.400 tr/min pendant lesquels toutes les soupapes d’admission sont utilisées afin d’améliorer le couple et la puissance à mi-régime. Vient ensuite la troisième et dernière phase correspond au VTEC classique avec le déclenchement du solénoïde opéré par le calculateur.

LE TYPE R : UNE GAMME SPORTIVE

La lignée des Type R débuta avec la NSX Type R en 1992. Honda décida ensuite de démocratiser cette catégorie de modèles sportifs au reste de la gamme, le but étant de proposer des voitures de sport plus abordables que la NSX. L’Integra Type R, vendue sous le badge Acura au Japon et aux Etats-Unis, sortit en 1996. Ce n’est que deux ans plus tard que les habitants du vieux continent purent profiter de la première Type R européenne. Radicale, elle profita d’un moteur à la hauteur de ses ambitions. Le B18C6 est un vaillant 1.797 cm3 capable de fournir 190 ch, soit une puissance au litre de 106 ch ! C’est d’autant plus impressionnant qu’il s’agit d’un moteur longue course et que, à l’époque, seule la Ferrari F355 faisait mieux. Même la BMW M3 e36 3.2 est détrônée. La puissance et le couple maximal, atteints à respectivement 7.900 et 7.300 tr/min, en font un véritable moteur de course. A partir du millésime 98, les pistons haute pression sont traités au molybdène pour réduire les frictions internes, les billes et les soupapes d’amission allégées, les conduits d’admission polis à la main et les collecteurs d’échappement polis et élargis. Les conduits d'admission étaient "polis" à la main sur les 96spec mais à partir de 98 le traitement est réalisé à la commande numérique. Le vilebrequin à huit paliers est renforcé, le volant moteur allégé et la ligne d’échappement inox à conduit triple Y. A partir de fin 1999, l'AAC d'admission est repris à la CTR EK9, offrant un peu plus d'ouverture. Les premières versions japonaises et américaines étaient techniquement moins poussées. En 1998 toujours, il y eut les Civic et Civic Aerodeck VTi motorisées par le B18C4. La légende veut qu’il soit semblable au B18C6 mais, malgré leurs cylindrées identiques, ce n’est bien qu’une légende. Leur principal point commun est de dériver du B18C1 de l’Integra GSR. La culasse du C4 lui est spécifique (fonderie différente), au même titre que ses arbres à came, son vilebrequin, ses bielles et ses pistons - toujours refroidis par jets d’huile - pour aller de pair avec le taux de compression moins élevé. Le collecteur d'admission du B18C4 est plus évolué que celui du C6 dans le sens où, celui du C6, est à géométrie fixe. Ce bloc se montre plus souple que le C6, tout en disposant du lancement pour le moins précipité du VTEC. Les 1.000 tours grappillés (dès 4.875 tr/min donc !) lui assurent des reprises à mi-régime nettement supérieures. Le système de contrôle des conduits du collecteur d'admission se déclenche à 5.750 tr/min et fait, qu’à ce régime, on en passe en conduits courts. Même si ses 169 ch sont atteints 300 tours plus tôt que les 190 de l’Integra, il peut se targuer d’avoir un rupteur reculé à 8.600 tr/min ! La sixième génération de l’Accord se déclina également en Type R à partir de 1999. Son moteur est le H22A7 de 2.2 et développant 212 ch. Un autre moteur de la famille H est le H22A2, connu chez nous pour être dans la Prelude 4G. Ces blocs sont largement inspirés des moteurs F dont deux d’entre eux nous intéressent dans la seconde partie de ce dossier.

Voir la deuxième partie du dossier VTEC

Note : Odd-firing : Les V6 ouverts à 60° utilisent à un maneton par cylindre pour obtenir un allumage lisse à 120°. La plupart des V8 utilise un maneton entre les cylindres opposés décalant l’allumage à 90°. En supprimant deux cylindres d’un V8, l’allumage se retrouve « bancal ». D’où l’utilisation d’un vilebrequin à manetons décalés sur un V6 ouvert à 90°.