DISTRIBUTION
VARIABLE : PUISSANCE ET SOUPLESSE
Durant les années
80 la mode GTI bat son pleins. L'inspiratrice, la Volkswagen Golf
doit faire face aux Peugeot 205, Super 5, et autres Fiat Uno Turbo.
Le mariage impossible entre couple et sportivité accouche
de moteurs puissants mais pointus. Le couple souvent haut perché
oblige à manipuler fréquemment la boite de vitesse.
Ceci perdure jusqu'en 1983, date à laquelle Honda dévoile
au Japon sur sa moto CBR 400 REV la solution : le moteur Vtec
(Variable valve Timing and lift Electronical Control). Son principe
de distribution variable apporte souplesse, bas dans les tours et
puissance aux abords de la zone rouge. D'autres constructeurs ayant travaillé sur le même principe mais avec des solutions différentes vont progressivement populariser cette technologie. En 1985, Alfa Romeo avec les Alfetta et 75 2.0i et 1.8i, puis en 1988 Chevrolet avec la Corvette C4 ZR-1, en 1989 Mercedes avec la SL 500...
Texte : Jérôme TORDJMAN - Photos
: D.R.
Les constructeurs
ont tous adopté aujourd'hui des technologies équivalentes qui en
plus des qualités précitées permettent d'abaisser
le taux de pollution. Double Vanos et Valvetronic chez BMW, Variocam chez Porsche, Vtec chez Honda ou encore VVTL-i chez Toyota, personne ne parle la même
langue mais tout le monde se comprend. Nous posons alors la
question pour el profane : qu'est ce que la distribution variable ?
Le rôle de l'arbre à
came
La distribution variable
se compose de deux concepts majeurs : la levée variable et
le calage variable des soupapes. Mais avant d'entamer cette étude
rappelons-nous les phases de fonctionnement d'un moteur à
explosion. Elles sont au nombre de quatre et se répètent
cycliquement :
1. Admission (injection air + essence)
2. compression du mélange
3. explosion et dilatation
4. échappement
Ces étapes se déroulent dans le cylindre dont les
soupapes, qui coiffent la partie haute, permettent l'admission et
l'échappement. La synchronisation (calage variable) et le
degré d'ouverture (levée variable) des soupapes est
défini par la forme et l'angle des cames du ou des arbres
à cames (Schéma AC). Pour bien comprendre, on peut
dire que plus une came est longue, plus la soupape a une levée
importante. Et plus l'angle que compose la came d'admission et d'échappement
est petit, plus la période d'ouverture simultanée
des soupapes d'admission et d'échappement sera longue.
La levée variable
Le premier système de levée variable des soupapes
à l'admission utilisé en graned série en automobile est le système Vtec (1989) d'Honda.
Comme on peut le constater sur le schéma du moteur (1L6 ESI
Vtec mono AC), l'arbre est central et ouvre alternativement les
différentes soupapes. Quand le moteur optimise le couple
(<5000 tr/min), il utilise les cames d'admission extérieures.
Le mélange est stable, la levée de la soupape d'admission
est moins importante que celle d'échappement. Si l'on sollicite
la puissance et lorsque les paramètres :
- le régime et la charge du moteur
- la vitesse du véhicule
- la température du liquide de refroidissement sont favorables,
le système Vtec enclenche la came intermédiaire (centrale).
L'angle d'ouverture de la soupape d'admission devient plus grand
(= l'échappement) et plus d'air entre alors dans le cylindre.
Les gaz d'échappement sont totalement expulsés et
cette augmentation engendre une combustion plus énergétique.
Le système de levée variable Vtec est propre à
Honda et si les autres constructeurs utilisent des moyens mécaniques
différents le résultat est le même.
Le calage variable
Le calage variable des soupapes joue sur les diagrammes de distribution
en modifiant l'angle que composent les cames des deux arbres (cf.
schémas). On joue ainsi sur la durée de la phase de
croisement (ouverture simultanée des soupapes) et le retard
de fermeture à l'admission. Cette durée détermine
les caractéristiques du moteur. Pour avoir de la puissance,
l'angle est augmenté au maximum, ce qui se traduit par un
croisement faible. En revanche, lorsque l'on cherche à avoir
le plus de couple possible (à faible vitesse de rotation
moteur) on diminuera cet angle, ce qui augmente le moment de croisement
(schémas 1, 2, 3, 4). Comme on peut le voir dans les exemples
suivants, les constructeurs jouent d'ingéniosité mécanique
afin de modifier l'angle des différentes cames. Chez Honda
précurseur de ces technologies l'actionneur du VTC (Variable
Timing Control), installé sur l'arbre à came d'admission,
est contrôlé par la pression d'huile pour permettre
en dynamique et en continu le calage afin de s'adapter à la
charge du moteur.
Le moteur V8 de la BMW 745i
La palme d'or du calage variable doit être attribué
au moteur V8 de la nouvelle BMW 745i. En effet, il est équipé
du système d'admission variable le plus évolué
et a été élu meilleur moteur de l'année
par un jury de spécialistes. Contrairement aux systèmes
classiques où seulement 2 positions sont possibles, le système
BMW est constitué d'un tambour rotatif qui permet d'avoir
un nombre infini de longueurs d'admission. Cette longueur varie
de 231 mm à 673 mm. Le tambour est commandé par un
moteur électrique. Il faut aussi ajouter que la distribution
entraîne un calage variable des arbres à cames d'admission
et d'échappement (double-Vanos) et le système Valvetronic
de levée variable des soupapes.
Porsche VarioCam Plus
Le système VarioCam Plus de Porsche associe le calage
variable des arbres à cames d'admission et la levée
variable des soupapes d'admission. Le dispositif de levée
variable des soupapes d'admission se distingue par deux poussoirs
à coupelle placés l'un dans l'autre du côté
admission du moteur et actionnés par deux cames de profils
différents sur l'arbre à cames d'admission.
Ferrari
Le système conçu par Ferrari sur ses V8 à partir de la F355 permet
de jouer sur la levée et l'allure du profil. Les cames ne
sont en effet plus "cylindriques", c'est-à-dire
que leur profil varie quand on se déplace suivant l'axe de
l'arbre à cames. Une translation de l'arbre pilotée
hydrauliquement permet donc de faire varier le diagramme, le poussoir
étant capable de mouvements de rotation pour compenser la
"multidimensionnalité" de la came. La fabrication
d'une telle came est complexe, et cette solution engendre des efforts
axiaux dont l'intensité relative est de l'ordre de 10%.
:: CONCLUSION
Chaque marque développe aujourd'hui son propre système
de calage variable et de levée variable des soupapes. Les
solutions techniques sont différentes mais les résultats
sont les mêmes. On peut conduire des véhicules coupleux,
à bas et moyen régimes et puissants, haut dans les
tours. Ces recherches se développent d'autant plus qu'à
l'agrément de conduite de nos chères sportives, se
joint le respect des normes européennes antipollution. De
l'argent est donc enfin investi dans la recherche de nouvelles technologies
pour nos bons vieux moteurs essence. En effet depuis quelques années
on pouvait être spectateur des seules avancés relatives
aux moteurs Diesels. Les acheteurs étaient mus par une fiscalité
avantageuse et par une consommation plus faible. Mais peut-être
demain, si les choses continuent de la sorte et que les normes antipollution
nous aident, aurons-nous la chance de conduire une voiture disposant
d'un v6 (à calage et levée variable des soupapes en
continu) bi-turbo à injection directe common rail d'ESSENCE… |
