La désactivation des cylindres

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Description détaillée

Historique du dispositif « la désactivation des cylindres » :

Cette technologie existe depuis plusieurs année. Cependant, elle est longtemps restée réservée aux moteurs essence de grosse cylindrée :

• Chez Mercedes, dès 2001, sur des moteurs V12 et V8. Le procédé s'appelait alors  « Active Cylinder Control », il permettait de désactiver la moitié des cylindres.
• Chez GM et Daimler Chrysler, en 2004, sur des moteurs V8 : là aussi la moitié des cylindres pouvait être désactivée.
• Enfin chez Honda, en 2005, sur des moteurs V6 de 3.0 et 3.5 réservés au marché américain. Ces moteurs pouvaient fonctionner sur 6 ou 3 cylindres.
• Plus récemment, Mercedes utilise un système de désactivation des cylindres sur son moteur V8 équipant le modèle SLK55 AMG. Il en est de même pour Audi qui équipe ses modèles S6, S7, et S8 d'un moteur V8 bi-turbo doté du système « Cylinder on demand ».
• En 2013 Audi a proposé le système « Cylinder on demand » sur un moteur 4 cylindres équipant l'A3 1,4 TFSI.
  

L'intérêt du dispositif :

La désactivation des cylindres va permettre d'économiser du carburant lors des faibles charges et de disposer à tout moment d'un moteur éco-suralimenté performant.
Le rendement d'un moteur essence utilisé à faible charge est très médiocre (inférieur à 15 %). Grace à ce dispositif les cylindres qui restent actifs sont plus fortement sollicités, leur rendement est donc amélioré (proche de 25 %).

 

Note :

Quand un moteur offre un rendement de 15 %, cela signifie que lorsqu'il consomme 6,67 litres d'essence, 1 litre seulement sert à faire avancer le véhicule.

Les technologies présentes sur le marché :

• Le groupe VW propose un système de désactivation des cylindres sur des moteurs 4 cylindres à 16 soupapes. Appelé « Cylinder on demand », le dispositif équipe les moteurs 1,4 TFSI (140 ch CPTA) et 1,5 TSI (130 ch DACA et 150 ch DADA).
• Mercedes propose également un système implanté sur un moteur 4 cylindres à 16 soupapes. Appelé « Camtronic ZAS » (Cylinder Abschaltung System), le dispositif équipe le moteur 1,3 turbo (163 ch M282).
• Ford propose un système adapté aux moteurs 3 cylindres 12 soupapes, 1.0 Ecoboost et 1.5 Ecoboost.

Le principe de la désactivation de cylindre :

Les moteurs cités précédemment sont tous équipés de 2 arbres à cames. Le système de déconnexion appliqué à ces moteurs va permettre de désactiver les cylindres N°2 et N°3 dans le cas des moteurs 4 cylindres et le cylindres N°1 dans le cas des moteurs Ford 3 cylindres. Lorsqu'un cylindre est désactivé les 2 soupapes d'admission et les 2 soupapes d'échappement reste fermées. Pendant les phases de désactivation, le système de gestion moteur va stopper l'injection et l'allumage sur les cylindres concernés.

L'intérêt de désactiver les soupapes :

• Evite d'insuffler de l'oxygène dans le catalyseur 3 voie qui fonctionne uniquement à Lambda 1.
• Evite de créer des contre-pressions dans le collecteur d'échappement incompatible avec le fonctionnement du turbo.
• L'air emprisonné dans les cylindres joue un rôle de ressort, ce qui participe à réduire les vibrations et les acyclismes du moteur en mode 2 cylindres.
• L'air emprisonné pendant les phases de fonctionnement sur 2 cylindres permet de limiter les pertes de chaleur.

Le système VW audi :

Présentation du système :

Dans le cas du moteur 1,4 TFSI, la désactivation des 2 cylindres intervient entre 1400 et 4000 tr/min pour un couple compris entre 25 et 75 N.m.

Le calculateur pilote 4 actionneurs électromécaniques. Les deux premiers (en bleu) agissent sur l'arbre à cames d'admission, les deux autres (en rouge) agissent sur l'arbre à cames d'échappement.

 

 

Chaque arbre à cames est doté de 2 blocs multicame (coulisseau). Chacun d'entre eux agit sur la commande d'une paire de soupapes. Les blocs multicame représentés en bleu agissent sur les soupapes d'admission des cylindres N°2 et N°3. Ils peuvent se déplacer en translation sur les arbres à cames, ils comportent chacun 2 rainures hélicoïdales.

 

 

Chaque bloc multicame est doté de 2 paires de cames. Les cames hautes (en bleu) interviennent pendant les phases de fonctionnement sur 4 cylindres, les cames basses (en jaune) interviennent pendant les phases de fonctionnement sur 2 cylindres.

 

 

Chaque actionneur comporte 2 pions ou doigts (l'un sert à désactiver les soupapes, l'autre à les activer). Suivant les phases de commande, ces derniers rentrent en contact avec les rainures hélicoïdales des blocs multicame permettant ainsi leur déplacement en translation. Le passage d'une came haute vers une came basse est donc possible et inversement.

 

 

Fonctionnement :

Pour désactiver les soupapes du cylindre 3, le calculateur de gestion moteur pilote simultanément les actionneurs d'échappement et d'admission. Le doigt de désactivation, ici en bleu, rentre en contact avec la rainure hélicoïdale du bloc multicame. Celui-ci se déplace alors vers la gauche. Les basculeurs des soupapes rentrent alors en contact avec les cames basses (ici en bleu) et ne sont plus actionnés.

L'ordre d'allumage est respecté : le cylindre 3 est désactivé  avant le cylindre 2.

 

 

 

Pour désactiver les soupapes du cylindre 2, le calculateur de gestion moteur pilote simultanément les actionneurs d'échappement et d'admission concernés. L'opération est identique au cylindre 3 : le bloc multicame se déplace ici vers la droite. Le moteur fonctionne alors sur 2 cylindres.

 

 

Pour réactiver les soupapes, le calculateur de gestion moteur pilote simultanément les actionneurs d'échappement et d'admission en respectant toujours l'ordre d'allumage. Le cylindre 3 est réactivé avant le cylindre 2. C'est le doigt d'activation (ici en jaune) qui rentre en contact avec la rainure hélicoïdale du bloc multicame. Le moteur fonctionne alors sur 4 cylindres.

 

 

Le système Mercedes :

Présentation du système :

Pour que la désactivation des cylindres soit activée, les conditions suivantes doivent être respectées :

• Régime moteur compris entre 1600 tr/min et 3800 tr/min.
• Température du moteur comprise entre 46°C et 110 °C.
• Température du catalyseur supérieure 320 °C.
• Vitesse du véhicule comprise entre 18 km/h et 170 km/h.
• Fonction "Stop and Start" non désactivée.
• Mode de conduite "sport" non activé (fonction disponible uniquement en mode "confort" ou "Eco")

Fonctionnement :

Le dispositif fait appel à 2 actionneurs. Le premier agit sur l'arbre à cames d'échappement, le second sur l'arbre à cames d'admission.

• A : Actionneur Camtronic échappement.
• B : Doigt d'activation.
• C : Doigt de désactivation.
• D : Bloc multicame échappement.

Le calculateur pilote :

• L'actionneur Camtronic d'échappement pour agir sur les soupapes d'échappement (cylindre N°2 et N°3).
• L'actionneur Camtronic d'admission pour agir sur les soupapes d'admission (cylindre N°2 et N°3).

Comme pour le système VW Audi, chaque actionneur est doté de 2 doigts (l'un pour désactiver, l'autre pour activer).

• Chaque arbre à cames est doté d'un bloc multicame mobile qui agit sur l'attaque des soupapes du cylindre N°2 et N°3.
• Chaque bloc multicame mobile est doté de 4 paires de cames.
• Chaque paire de cames comprend une came à levée "normale" pour le fonctionnement sur 4 cylindre et une came à levée "neutre" pour le fonctionnement sur 2 cylindres.

Les bloc multicame mobiles peuvent se déplacer axialement sur l'arbre à cames (cannelé) par l'intermédiaire de gorges extérieures hélicoïdales.

Le système Ford :

Présentation :

Le moteur est équipé de 2 actionneurs électro-hydrauliques (électrovannes).
Pour que la désactivation du cylindre N°1 soit activée, les conditions suivantes doivent être respectées:

• Régime moteur compris entre 3000 tr/min et 4500 tr/min.
• Vitesse du véhicule stable.
• Faible charge moteur.

Le système ne peut pas être désactivé. Ford annonce que les phases de désactivation durent que quelques secondes en moyenne. Le constructeur n'a pas souhaiter informer l'utilisateur du mode de fonctionnement (pas de témoin au tableau de bord).

Fonctionnement :

Lien internet :

https://youtu.be/qjr2KrqsLyY

Le calculateur pilote :

• Une première électrovanne pour agir sur les soupapes d'échappement (cylindre N°1).
• Une seconde électrovanne pour agir sur les soupapes d'admission (cylindre N°1).

Les basculeurs de commande des soupapes du cylindre N°1 sont spécifiques. Ils se composent d'un basculeur débrayable rendu solidaire du basculeur principal par un loquet.

• Lorsque le système est en position repos (les électrovannes "admission" et "échappement" ne sont pas commandées), les loquets verrouillent les basculeurs (débrayable et principal), les soupapes du cylindre N°1 sont actionnées. Le moteur fonctionne sur 3 cylindres.
• Lorsque le système est actif (les électrovannes "admission" et "échappement" sont commandées), les loquets sont repoussés par la pression d'huile du moteur et déverrouillent les basculeurs (débrayable et principal), les soupapes du cylindre N°1 ne sont plus actionnées. Le moteur fonctionne sur 2 cylindres.

L'opération de désactivation ou d'activation dure 14 ms.

 

 

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Méthodes et pratiques

Avant de remplacer un actionneur ou un coulisseau, il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur. Le dysfonctionnement d'un ou plusieurs actionneurs fait remonter des défauts dans le calculateur de gestion moteur. Le conducteur est informé de l'anomalie par l'allumage d'un voyant au tableau de bord. Le calculateur applique un mode "dégradé", le moteur ne peut plus fonctionner en mode "cylindres désactivés".
Le remplacement d'un actionneur ou d'un coulisseau consiste à déposer l'élément hors service et à reposer un élément neuf.

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Impact sur les compétences en atelier

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement du système d'admission d'air d'un moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement du système d'échappement d'un moteur essence.
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
• Savoir utiliser un multimètre.

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Exemple d’outillage approprié

• Outils de diagnostic,
• Multimètre.