La levée de soupape variable

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Description détaillée

Le rôle des systèmes de levée de soupape variable :

Le moteur essence est pénalisé par la présence du papillon des gaz qui entraîne des pertes par pompage, principalement lors des faibles charges.
L'objectif d'un dispositif de levée de soupape variable est de gérer le remplissage en air du moteur par variation de l'ouverture des soupapes d'admission et non plus par le papillon des gaz. Le dispositif modifie la hauteur de levée et l'angle d'ouverture des soupapes.
Ces systèmes présentent 2 avantages permettant d'améliorer le rendement du moteur lors des faibles charges :

• Le vannage de l'air est réalisé juste à l'entrée du cylindre : les pertes par pompage sont donc réduites (rendement de cycle).
• Les ressorts de soupape, à faible charge, ne sont que très faiblement comprimés ; le couple négatif lié à l'arbre à cames d'admission est diminué de façon significative (rendement mécanique).

Les différents systèmes de levée de soupape :

Les systèmes ON/OFF :

Dans ce cas le système n'a que 2 positions. En général le dispositif est doté d'une came pour les faibles charges et d'une came pour les fortes charges. Sur les moteurs multi-soupapes les ouvertures des 2 soupapes d'admission peuvent être différentes afin de créer des turbulences dans le cylindre.

Les systèmes progressifs :

Dans ce cas le système est plus évolué et permet une multitude de positions. En général une liaison électromécanique ou électro-hydraulique pilotée par le calculateur est implantée entre la came et la soupape. Sur les moteurs multi-soupapes, les ouvertures des 2 soupapes d'admission peuvent être différentes afin de créer des turbulences dans le cylindre.

Les systèmes adaptés à la déconnexion de cylindre :

On distingue 2 types de déconnexion de cylindre :

• Les systèmes à déconnexion partielle : généralement la moitié des cylindres du moteur sont désactivés. La désactivation a lieu à faible charge, lorsque le rendement du moteur essence est médiocre (inférieur à 15%). Les cylindres restants actifs sont sollicités plus fortement, leur rendement est donc amélioré (rendement de cycle). De plus, les soupapes d'admission et d'échappement des cylindres désactivés restent fermées, le couple négatif lié aux arbres à cames est diminué de moitié (rendement mécanique).

• Les systèmes à déconnexion totale : dans ce cas, tous les cylindres du moteur sont désactivés. Cette technologie est utilisée dans des chaînes de traction hybride parallèle (moteur thermique lié en permanence avec le moteur / générateur électrique). La désactivation a lieu pendant les phases de récupération d'énergie, à la décélération et pendant les phases de fonctionnement en tout électrique. Cette solution technique :

- permet de réduire fortement le frein moteur (toutes les soupapes d'admission et d'échappement restent fermées) ;
- évite l'utilisation d'un embrayage entre le moteur électrique et le moteur thermique.
 

Les systèmes présents sur le marché :

Les systèmes ON/OFF :

Le système "Valvelift" Audi :

• Application : Moteurs multi-soupapes 4 et 6 cylindres essence FSI, TSI et TFSI de la marque Audi.
• Technologie : Système à commande électromécanique. Deux actionneurs par cylindre (2 actionneurs agissent sur une paire de soupape d'admission).
• Evolution : Il existe une version Valvelift à l'échappement (moteur 4 cylindres essence).

Le système "VarioCam plus" Porsche :

• Application : Moteurs multi-soupapes essence V6, V8 et 6 cylindres à plat.
• Technologie : Système à commande électromécanique. Un actionneur par cylindre (un actionneur agit sur une paire de soupape d'admission).
• Evolution : Le système "VarioCam plus" est une évolution du système "VarioCam".

Le système "Camtronic" Mercedes :

• Application : Moteurs multi-soupapes essence 4 cylindres, 6 cylindres et V8.
• Technologie : Système à commande électromécanique. Un actionneur par paire de cylindre (un actionneur agit sur 2 paires de soupape d'admission).

• Hf : Came à profil "bas"
• Hs : Came à profil "haut"
• K : Rampes hélicoïdales
• N1 : Ensemble de cames cylindre N°1
• N2 : Ensemble de cames cylindre N°2
• N3 : Ensemble de cames cylindre N°3
• N4 : Ensemble de cames cylindre N°4
• N5 : Ensemble de cames cylindre N°5
• N6 : Ensemble de cames cylindre N°6
• S : Poussoir
• Y49/19 : Actionneur Camtronic admission cylindres N°1 et N°2
• Y49/20 : Actionneur Camtronic admission cylindres N°3 et N°4
• Y49/21: Actionneur Camtronic admission cylindres N°5 et N°6

Le système "I-VTEC" Honda :

• Application : Moteurs essence 3 et 4 cylindres.
• Technologie : Système à commande électro-hydraulique. Un actionneur pour l'ensemble des cylindres (un bloc hydraulique agit sur toutes les soupapes d'admission).
• Evolution : Le système "I-VTEC" est une évolution du système "VTEC".

Les systèmes progressifs :

Le système "Valvetronic" BMW / PSA :

• Application : Moteurs multi-soupapes essence BMW, moteurs multi-soupapes essence 1,4 et 1,6 (type EP) PSA.
• Technologie : Système à commande électromécanique. Un actionneur pour l'ensemble des cylindres (un servomoteur agit sur toutes les soupapes d'admission).
• Evolution : Valvetronic 1 (première génération 2001), Valvetronic 2 (deuxième génération) l'arbre intermédiaire est monté sur des roulements à rouleaux, Valvetronic 3 (troisième génération) le servomoteur est lubrifié par l'huile moteur.

Les systèmes "TwinAir" et "Multiair" Fiat / Alfa :

• Application : Certains moteurs multi-soupapes essence du groupe FCA (Fiat Chrysler Automobiles). Les moteurs concernés sont dotés d'un seul arbre à cames.
• Technologie : Système à commande électro-hydraulique. Un actionneur pour chaque cylindre (une électrovanne agit sur chaque paire de soupapes d'admission).
• Version : Système TwinAir développé pour les moteurs à 2 cylindres, système MutiAir développé pour les moteurs à 4 cylindres.

Le système "Valvematic" Toyota :

• Application : Moteurs multi-soupapes essence 4 cylindres.
• Technologie : Système à commande électromécanique. Un actionneur pour l'ensemble des cylindres (un servomoteur agit sur toutes les soupapes d'admission).

(Source Toyota)

Le système "VVEL"(Variable Valve Event and Lift) Nissan :

• Application : Moteurs multi-soupapes essence des marques Nissan et Infiniti.
• Technologie : Système à commande électromécanique. Un actionneur pour l'ensemble des cylindres (un servomoteur agit sur toutes les soupapes d'admission).

Les systèmes de déconnexion de cylindre :

Exemple de système à déconnexion partielle :

Audi propose un système à déconnexion partielle sur un moteur 4 cylindres 1,4 TSI appelé "Cylinder On Demand". Durant les phases de déconnexion, les soupapes d'admission et d'échappement des cylindres N°2 et N°3 restent fermées. Il s'agit d'un système électromécanique similaire au système Valvelift.

1. Arbre à cames d'admission.
2. Arbre à cames d'échappement.
3. Actionneur de cames d'admission cylindre N°2.
4. Actionneur de cames d'admission cylindre N°3.
5. Actionneur de cames d'échappement cylindre N°3.
6. Doigt d'activation soupapes d'admission cylindre N°2.
7. Doigt de désactivation soupapes d'admission cylindre N°2.
8. Doigt de désactivation soupapes d'admission cylindre N°3.
9. Doigt d'activation soupapes d'admission cylindre N°3.
10. Bloc multicame cylindre N°2.
11. Bloc multicame cylindre N°3.

Exemple de système à déconnexion totale :

Honda propose un système à déconnexion totale sur un moteur 4 cylindres à 8 soupapes 1,3 essence appelé "3 Stage I-VTEC"". Le dispositif propose 3 phases de fonctionnement :

• Mode "faible levée" des soupapes d'admission.
• Mode "forte levée" des soupapes d'admission.
• Mode "levée nulle" des soupapes d'admission et d'échappement (les 4 soupapes d'admission et les 4 soupapes d'échappement du moteur restent fermées.

Il s'agit d'un système électro-hydraulique similaire au système I-VTEC.

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Méthodes et pratiques

Le remplacement d'un élément du système de levée de soupape variable ou de déconnexion de cylindre se fera suite à une recherche de panne.

La recherche de panne :

Les éléments d'un système de levée de soupape variable n'ont pas de périodicité de remplacement. Avant de les remplacer, il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur. Voici la liste des contrôles qui pourront être mis en œuvre pour rechercher l'origine de la panne :

• Lecture des défauts et mesure des paramètres dans le calculateur de gestion moteur à l'aide d'une valise de diagnostic.
• Contrôle de la pression d'huile moteur (dans le cas des systèmes hydrauliques). Contrôle du calage de la distribution.
• Contrôle électrique des capteurs et des actionneurs (commande et/ou signal à l'oscilloscope, contrôle des alimentations et des faisceaux à l'aide d'un multimètre).

Le remplacement des éléments :

L'opération consiste à déposer la pièce hors service et à reposer un élément neuf.
Sur certains systèmes les pièces constitutives sont détaillées et peuvent être remplacées séparément. Sur d'autre systèmes les pièces constitutives ne sont pas détaillées, le remplacement d'un « bloc » complet sera nécessaire. Voici quelques exemples de préconisation lors du remplacement :

• Effectuer la vidange du moteur (système hydrauliques).
• Remplacer le filtre à huile (système hydrauliques).
• Respecter les couples de serrage.
• Remplacer le kit de distribution (si l'opération a nécessité la dépose de la courroie de distribution).
• Remplacer la chaîne de distribution (si l'opération a nécessité la dépose de la chaîne de distribution).
• Paramétrage à l'aide de l'outil de diagnostic de l'élément électrique remplacé.
  Dans tous les cas, respecter les procédures de remplacement du constructeur concerné.

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Impact sur les compétences en atelier

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement des systèmes de distribution.
• Connaitre le principe de fonctionnement des systèmes de levée de soupape électromécanique.
• Connaitre le principe de fonctionnement des systèmes de levée de soupape électro-hydraulique.
• Connaitre le principe de fonctionnement des systèmes de déconnexion de cylindre.
• Connaitre le fonctionnement du circuit de lubrification 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.
• Savoir utiliser un manomètre.
• Savoir contrôler la pression d'huile.
• Savoir contrôler le calage de la distribution.
• Savoir effectuer le calage de la distribution.
• Savoir effectuer la tension de la courroie ou de la chaine de distribution.

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Exemple d’outillage approprié

• Outil de diagnostic,
• Manomètre de pression d'huile,
• Coffret de calage de distribution,
• Outil spécifique de contrôle du calage de la distribution,
• Outil de contrôle de la tension de courroie,
• Documentation du constructeur.