Libéré des contraintes géométriques

DÉVELOPPEMENT SUISSE Le potentiel d’évolution du moteur à combustion reste considérable. Enième témoin: une technologie développée par l’Empa, en l’occurrence un nouveau système de commande électrohydraulique des soupapes. Focus.

La plus grande majorité des moteurs à combustion interne reste, pour l’heure, équipée de deux arbres à cames en tête. Ces derniers commandent la levée des soupapes et donc leur temps d’ouverture et de fermeture. Différents réglages permettent d’adapter le moteur aux différentes situations de conduite qu’il rencontre, permettant ainsi d’améliorer sa marche, ses courbes de couple ou encore de puissance. Tout cela a un impact sur la consommation de carburant ainsi que sur la qualité des gaz d’échappement. Qu’ils s’appellent Camtronic, Valvetronic, Variocam, V-Tec ou VVTi, ces dispositifs de commande des soupapes sont fiables et efficaces. Cela étant, qu’ils soient électriques, hydrauliques ou pneumatiques, les systèmes de distribution variable fonctionnent avec encore plus de rapidité et de précision. Dans un contexte de réglementation stricte en matière d’émissions, certains acteurs de l’indus-trie misent donc sur eux afin de maintenir l’attrait du moteur à combustion interne. Une seule condition tout de même: ils se doivent d’être abordables. En 2009, Fiat prenait déjà ses distances par rapport aux systèmes de distribution par arbres à cames conventionnels avec le moteur Multiair, inauguré sur l’Alfa Romeo Mito et la Fiat Punto Evo. En coopération avec l’équipementier Schaeffler, le groupe avait développé un dispositif électro-hydraulique actionnant les soupapes d’admission du petit moteur essence à 16 soupapes. Ce système est d’ailleurs également utilisé en tant que Valve Control Management (VCM) pour de gros moteurs. Il est fourni aux motoristes par ABB Turbocharging, une société suisse située sur la commune de Baden, dans le canton d’Argovie.

L’équipe de développement de l’Empa (de g. à dr.): Andyn Omanovic, doctorant; Patrik Soltic, chef de projet; Norbert Zsinga, chercheur postdoctoral.

Flexwork, un système suisse
L’institut de recherche suisse Empa se penche également sur un nouveau système de distribution entièrement variable, c’est-à-dire sans arbre à cames. Appelé Flexwork, il permet de choisir librement le calage et la levée des soupapes d’admission et d’échappement. De construction robuste et pas trop coûteuse, cette technologie pourrait donner naissance à une technologie produite en grande série. Elle fonctionne sur un banc d’essai de l’Empa – à Dübendorf, dans le canton de Zurich – depuis octobre 2018. Montée sur un moteur à essence de voiture, la culasse Flexwork permettrait des réductions de consommation d’essence allant jusqu’à 20%. Essentiellement parce que le remplissage des cylindres n’est plus contrôlé par le papillon des gaz, et aussi grâce à la désactivation de cylindres ainsi qu’à l’extension vers un cycle à 8 ou 12 temps.

Avantages du système de l’Empa
Le système de distribution électrohydraulique que Patrik Soltic et son équipe ont développé à l’Empa, en collaboration avec l’hydraulicien Wolfgang Schneider, se compose pour l’essentiel des éléments illustrés par la figure 4: les soupapes sont actionnées hydrauliquement et commandées individuellement par un solénoïde. Les avantages du système résident dans l’absence de – coûteuses – vannes à commutation rapide et dans le fait que ce système consomme beaucoup moins d’énergie qu’une classique commande mécanique des soupapes, entendez un simple arbre à cames.

Le moteur d’essai de l’Empa consiste en un 1.4 TSI Volkswagen sur lequel ont été assemblés les modules Flexworks. L’actionneur électromagnétique qui commande les vannes hydrauliques est bien visible.

Extrêmement flexible
Ce nouveau système de distribution peut égale-ment être adapté à un fonctionnement avec du gaz naturel ou des carburants de synthèse ayant des propriétés antidétonantes très élevées. Bien entendu, d’autres concepts de combustion, tels que le cycle Miller et Atkinson ou l’allumage par com-pression pour moteurs à essence, peuvent égale-ment être intégrés.
Le système de l’Empa a aussi recours à un fluide hydraulique spécial. L’huile est remplacée par un mélange d’eau et d’éthylène glycol de BASF. Ce liquide – également utilisé pour le refroidisse-ment des moteurs – est idéal pour les systèmes hydrauliques à commutation rapide, car il est peu vis-queux et cause donc moins de pertes. «Comme le niveau de pression n’excède pas 200 bars, explique Patrik Soltic, les composants pourraient être faits d’aluminium, beaucoup plus léger que la fonte ou l’acier.»

Des essais sur un moteur de VW
Dans le cadre du projet Flexwork soutenu par l’Office fédéral de l’énergie, le nouveau système de commande des soupapes de l’Empa a été installé sur un moteur dérivé du 1.4 TSI de VW fonctionnant au gaz naturel. Tous les nouveaux composants ont été fabriqués par l’atelier d’essais de l’Empa. Mieux: les techniciens du centre de re-cherche ont développé eux-mêmes le système de commande. Les électroaimants et les divers com-posants hydrauliques proviennent des systèmes modulaires de fournisseurs tels que Hydac et Bieri. Selon Patrik Soltic, le système de distribution Flexwork a recours à des composants économiques puisqu’il ne nécessite ni vannes à commutation rapide coûteuses, ni un quelconque capteur sophistiqué. «Les composants n’ont cependant pas encore été optimisés en matière de choix des matériaux et de dimensionnement», explique Patrik Soltic. L’équipementier qui amènera le système à maturité en vue de sa production en série a donc encore du pain sur la planche. «Si les discussions en cours avec les constructeurs automobiles et les fournisseurs aboutissent rapidement à des résultats concrets, ce système pourra être produit en série, et ce d’ici deux ou trois ans», estime le technicien de l’Empa.

Chaque soupape est actionnée hydrauliquement et commandée électriquement par un solénoïde. Plus précisément, la levée est commandée par l’excitation d’une bobine (a). L’actionnement d’une vanne hydraulique de commutation (b) provoque l’écoulement du fluide hydraulique de l’accumulateur haute pression (c) vers la chambre de travail. La pression qui y augmente agit ensuite sur un piston (e) qui est mis en mouvement et ouvre deux vannes d’échange gazeux (h) via un pont de soupape (f).

Kommentieren Sie den Artikel

Please enter your comment!
Please enter your name here