La distribution variable est devenue un élément assez courant sur les moteurs modernes, qu'ils soient essence ou diesel (c'est quand même bien plus rare sur diesel). Elle permet d’adapter l'ouverture des soupapes afin d’optimiser le rendement et donc par la même les émissions de polluants.
Qu'est-ce que la distribution variable ?
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. Selon la forme des cames, l'ouverture des soupapes sera différentes.
Voici les grandes notions qui serviront à mieux comprendre la suite. Plus la came sera "pointue", moins la durée d'ouverture sera longue.
Calage variable (déphaseur) vs. Levée variable des soupapes
Attention toutefois à ne pas confondre le calage variable (déphaseur) avec la levée variable des soupapes : ce sont deux technologies bien distinctes. Le déphaseur agit sur le moment d’ouverture des soupapes alors que la levée variable modifie leur amplitude d’ouverture.
Types de systèmes VVT :
- VVT (ex : VANOS chez BMW) : En avançant ou en retardant le calage selon le contexte (régime, charge) on peut améliorer le couple à bas régime, la puissance à haut régime ou encore réduire les émissions polluantes.
- VVL (ex : Valvetronic chez BMW) : À faible charge une faible levée des soupapes réduit la quantité d’air admise tout en limitant les pertes par pompage ce qui améliore le rendement. À forte charge, une levée maximale permet un meilleur remplissage des cylindres.
Fonctionnement des systèmes VVT
VVT hydraulique :
Le plus courant : la pression d’huile moteur actionne un rotor à l’intérieur de la poulie d’arbre à cames pour faire varier l’angle de calage.
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VVT électrique :
Plus moderne, ce système emploie un petit moteur électrique intégré à la poulie pour modifier directement le calage.
Fonctionnement d’une levée variable :
Le fonctionnement d’une levée variable repose presque toujours sur l’interposition d’un élément mécanique mobile entre la came et la queue de soupape, permettant de modifier l’amplitude d’ouverture sans changer la came. Dans les systèmes classiques la came agit directement sur un poussoir ou un culbuteur. En VVL, on insère un levier ou un ensemble basculeur qui vient modifier la transmission du mouvement de la came vers la soupape. Cette pièce intermédiaire permet soit de changer de profil de levée (systèmes à cames multiples) soit de faire varier en continu l’attaque entre la came et la soupape (comme dans le Valvetronic ou le Multiair).
- Par cames multiples : L’arbre à cames porte plusieurs profils ; un basculement mécanique permet de passer de l’un à l’autre selon le régime moteur.
- Came intermédiaire mobile : Un levier intermédiaire modifie l’attaque entre la came et la soupape, modulant la levée de manière continue.
- Commande électro-hydraulique directe (type Multiair) : Une seule came agit sur une colonne d’huile dont la pression est modulée par une électrovanne.
Avantages de la distribution variable
Le fait de contrôler le degré et le temps d'ouverture selon le régime moteur permet beaucoup d'avantages ... 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.
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.
Le système apporte de la complexité au moteur et donc potentiellement plus de pannes ...
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Différents types de déphaseurs
Déphaseur hydraulique simple :
C'est un mécanisme plus simple qui n'a pas besoin d'électrovanne pilotée. Dans ce cas le calage varie uniquement en fonction de la pression d'huile générée par le régime moteur : plus le régime est élevé, plus la pression pousse un piston qui fait tourner l’arbre à cames par rapport à la poulie. Un ressort de rappel permet de revenir à la position initiale quand la pression baisse. C’est une solution simple et fiable mais qui dépend fortement de la pression d’huile et de la bonne étanchéité du circuit ...
Déphaseur hydraulique avec électrovannes :
Dans une version plus évoluée le circuit hydraulique reste présent mais l’action est affinée par des électrovannes. Ce type déphaseur est une évolution des systèmes classiques sans rupture majeure de conception. Cela rappelle les directions assistées qui ne sont pas passées directement de l'hydraulique à l'électrique, mais par l'électro-hydraulique.
Déphaseur hydraulique à denture hélicoïdale :
Un piston coulisse dans l’axe de l’arbre à cames et est solidaire d’un engrenage hélicoïdal, engrené dans une denture inclinée (ou hélicoïdale) solidaire de la poulie d'entraînement. Lorsqu’on fait coulisser le piston axialement grâce à la pression d’huile moteur la forme hélicoïdale des dentures transforme ce mouvement linéaire en rotation angulaire, ce qui déplace l’arbre à cames par rapport à la poulie. L’angle de calage est donc modifié.
Déphaseur hydraulique à palettes :
Cette conception est la plus courante car elle est à la fois plus simple et plus compacte. Elle repose sur un rotor solidaire de l’arbre à cames monté à l’intérieur d’un stator fixé à la poulie d'arbre à cames. Le rotor comporte une ou plusieurs palettes qui séparent des chambres étanches remplies d’huile.
Déphaseur électrique :
Plus moderne encore, le déphaseur électrique supprime totalement la dépendance à l’huile moteur. Un petit moteur électrique intégré à la poulie d’arbre à cames ou au niveau de l'arbre à cames ajuste directement le calage via un engrenage.
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Les moteurs VTi et THP de PSA (Peugeot Citroën)
Sur leur base de moteur thermique à essence développé en collaboration avec le groupe BMW, Peugeot et Citroën (PSA) ont créé deux types de blocs : le VTi et le THP. Le premier, sur lequel nous allons nous attarder, se destine aux petits et moyens véhicules. Le second équipe les gros modèles ou les déclinaisons sportives. Ils emploient des éléments en commun à la différence que le VTi n'est pas turbocompressé mais atmosphérique à calage continûment variable ("Variable Valve Lift and Timing Injection" inspiré des motorisations VVT ou VVT-i).
Les moteurs de type VTi recouvrent la quasi totalité de l'offre Peugeot & Citroën en entrée de gamme. On les retrouve donc principalement sur les petites citadines 108 et C1. Le moteur constituant la base à partir de laquelle les blocs VTi et THP sont développés est apparu il n'y a pas si longtemps, en 2006. Il a cependant vite pris d’assaut tous les modèles, sauf les mini-citadines (Peugeot 107 et Citroën C1) cantonnées à un bloc non modifié. Son association avec un système évolué de coupure et de redémarrage du moteur se met progressivement en place.
Dans ses versions de 68 et 82 chevaux, le VTi est "downsizé", c'est-à-dire qu'il n'a que trois cylindres au lieu de quatre. Cela permet de réduire sa taille, son poids et ainsi de réduire l'énergie dont il a besoin pour fonctionner (moins de mouvements, moins de frottements, moins de pertes). Il en ressort aussi performant mais bien moins polluant. L'équivalent du VTi chez le concurrent de toujours, Renault, c'est la technologie TCe.
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