On se propose dans cette partie de présenter brièvement les différentes technologies d’actua-tion variable de soupape qui sont applicables au M.H.P. On présentera des solud’actua-tions utilisant des arbres à cames, puis des solutions sans arbres à cames.
3.1 Avec usage d’arbre à came
Figure II.4 – Système Porsche Vario Plus Figure II.5 –Système Honda VTEC
Les figures II.4 et II.5 présentent deux différentes solutions technologiques industrialisées (respectivement Porsche ’Vario Plus’ et Honda ’Vtec’). Ces systèmes possèdent deux profils de cames différents, donc deux lois de levées différentes, et un système mécanique qui permet de sélectionner l’une ou l’autre. Il ne s’agit pas en toute rigueur d’actuateurs entièrement variables, mais on peut imaginer une application au M.H.P pour les soupapes d’admission et d’échappement. En effet, si l’un des deux profils commutables présente une levée nulle (profil de came circulaire) alors il devient possible de débrayer la soupape en question en sélectionnant la came en question. La soupape reste en conséquence fermée sur la totalité du cycle. Cette possibilité sera explicitée et investiguée dans la section5.
La figure II.6présente une solution d’actuateur entièrement variable sur une base d’arbre à cames associé à un système de contrôle de type électro-hydraulique. Il s’agit de la technologie multi-air de Fiat [32]. Le système est composé d’une came qui agit sur un piston hydraulique (repère B) par le biais d’un linguet (repère A). L’électro-vanne (repère C) va permettre diffé-rentes stratégies. Si cette dernière est ouverte, alors la soupape est déconnectée de la came qui
Figure II.6 –Système Multiair FIAT Figure II.7 – Exemple de levées obtenues avec le système multiair
demeure fermée grâce à l’action du ressort de rappel (repère D). Si l’électro-vanne est fermée, alors la soupape suit entièrement le profil de came et la levée obtenue est alors maximale. Par pilotage intermédiaire entre les deux états précédents on peut alors modifier les phasages d’ou-verture et de fermeture ainsi que la levée, en restant toutefois dans les limites imposées par le profil de came. La figure II.7 représente très schématiquement quelques exemples de levées réalisables. Dans le cas d’un M.H.P, cette technologie pourrait être totalement appliquée aux soupapes d’admission et d’échappement en autorisant des débrayages ou des levées partielles.
On peut même imaginer une application à la soupape de charge.
3.2 Sans usage d’arbre à cames
Les technologies d’actuation de soupape entièrement variable suivantes vont être présentées : – Electro-Hydraulique
– Electro-Magnétique – Electro-Pneumatique – Moteur Électrique Linéaire
Pour chacune d’entre elles, on présentera le principe de fonctionnement, et surtout un exemple de loi de levée obtenue.
3.2.1 Système Électro-Hydraulique
Les figures II.8 et II.9 présentent respectivement la solution technologique de Sturman In-dustries et son schéma de principe [61]. On note que l’équipementier Bosch et la société Lotus Research ont développé des systèmes assez similaires. Ce système est composé d’un accumula-teur de pression hydraulique (rail), d’un distribuaccumula-teur hydraulique (de type 3-2) commandant
Chapitre II. Modélisation zéro-dimensionnelle
Figure II.8–Système Électro-Hydraulique : Vue générale [61]
Figure II.9–Système Électro-Hydraulique : Schéma de principe [61]
un actuateur (vérin). La figure II.10présente un exemple de loi de levée obtenue.
Les avantages de cette solution résident principalement dans la simplicité technique de l’actuateur (vérin) et du contrôle ’aisé’ de la levée de soupape qui en découle grâce à un simple distributeur. On note également qu’il est possible de maintenir la soupape fermée lorsque le moteur est arrêté. En contre partie, le système nécessite la présence d’un groupe hydraulique et le système présente un forte sensibilité face à une variation de la température d’huile, ce qui rend délicat le contrôle de ce système.
Figure II.10 – Exemple de levée avec système Électro-Hydraulique - Source :[61]
3.2.2 Système Électro-Magnétique
Les figures II.11 et II.12 présentent respectivement le schéma de principe de la solution technologique de Valéo [17], et une loi de levée typiquement obtenue avec un système utilisant cette technologie. Au repos, la soupape est ouverte et sa position se situe à mi-levée environ. Il
Figure II.11–Système Électro-magnétique-Source :[17]
Figure II.12 – Exemple de levée avec un système Électro-magnétique-Source :
existe deux bobines qui agissent sur un plateau. Lorsque la bobine supérieure est alimentée, le plateau se trouve maintenue en position haute, et la soupape est fermée. Quand l’alimentation de la bobine supérieure est coupée, les ressorts se détendent, entraînent le plateau et donc génèrent une levée de soupape. L’alimentation de la bobine inférieure, permet de maintenir la soupape en position ouverte de levée maximale pendant la durée désirée. On note que ce système permet de faire varier les phasages d’ouverture et de fermeture de la soupape, mais que la levée maximale atteignable n’est pas modifiable dans le cas où il existe une phase de maintien (noté ’dwell’ sur la figure II.12).
Les avantages du système sont d’une part d’utiliser une source d’énergie électrique déjà disponible sur un moteur, et d’autre part, de présenter une consommation énergétique moindre que celle d’une actuation par arbre à cames [50]. En contre partie, il est impossible d’obtenir des levées partielles avec une phase de maintien, il est impossible de maintenir la soupape en position fermée lorsque le moteur arrêté (nécessité d’utiliser en complément une électrovanne d’isolement du réservoir pneumatique).
3.2.3 Système Électro-Pneumatique
Les figures II.13 et II.14 présentent le schéma de la solution technologique de Cargine-Engineering [17], et une loi de levée typiquement obtenue avec ce système. Il n’existe pas, à cause de la confidentialité souhaitée par Cargine-Engineering, d’informations détaillées sur le fonctionnement de ce système. Les cercles visibles sur la figure II.13 sont les connexions vers la source d’énergie pneumatique. On note également la présence impérative d’une lubrification sous pression de l’actuateur. L’avantage de ce système est d’utiliser l’énergie pneumatique,
for-Chapitre II. Modélisation zéro-dimensionnelle
Figure II.13 – Système Electro- pneuma-tique. Schéma de principe-Source :[69]
Figure II.14 – Système Electro- pneu-matique. Exemple de levée de soupape-Source :[31]
cément disponible et gratuite sur un M.H.P. On note également qu’il est possible de maintenir la soupape fermée lorsque le M.H.P est à l’arrêt. L’inconvénient de ce système est son encom-brement. En effet le système nécessite une arrivée d’huile sous pression et deux arrivées d’air comprimé ce qui complique l’implantation dans une culasse où la place disponible est toujours un problème.
3.2.4 Système à Moteur électrique linéaire
Figure II.15 –Vue d’un actuateur soupape sur base de moteur linéaire-Source :[26]
Figure II.16 – Principe d’un moteur élec-trique linéaire
La figureII.15présente une vue d’ensemble du système EVT-Dynaline de Compact-Dynamics [26]. Il n’existe pas, pour cause de confidentialité, de documentation précise sur cet actuateur.
La figureII.16rappelle le principe de fonctionnement d’un moteur électrique linéaire. La figure II.17présente à titre d’exemple une loi de levée mesurée à la soupape de charge avec la loi de
340 360 380 400 420 440 460 480 500 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5