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DISTRIBUTION VARIABLE : PUISSANCE ET SOUPLESSE

Durant les années 80 la mode GTI bat son pleins. L'inspiratrice, la Volkswagen Golf doit faire face aux Peugeot 205, Super 5, et autres Fiat Uno Turbo. Le mariage impossible entre couple et sportivité accouche de moteurs puissants mais pointus. Le couple souvent haut perché oblige à manipuler fréquemment la boite de vitesse. Ceci perdure jusqu'en 1983, date à laquelle Honda dévoile au Japon sur sa moto CBR 400 REV la solution : le moteur Vtec (Variable valve Timing and lift Electronical Control). Son principe de distribution variable apporte souplesse, bas dans les tours et puissance aux abords de la zone rouge. D'autres constructeurs ayant travaillé sur le même principe mais avec des solutions différentes vont progressivement populariser cette technologie. En 1985, Alfa Romeo avec les Alfetta et 75 2.0i et 1.8i, puis en 1988 Chevrolet avec la Corvette C4 ZR-1, en 1989 Mercedes avec la SL 500...

Texte : Jérôme TORDJMAN - Photos : D.R.

Les constructeurs ont tous adopté aujourd'hui des technologies équivalentes qui en plus des qualités précitées permettent d'abaisser le taux de pollution. Double Vanos et Valvetronic chez BMW, Variocam chez Porsche, Vtec chez Honda ou encore VVTL-i chez Toyota, personne ne parle la même langue mais tout le monde se comprend. Nous posons alors la question pour el profane : qu'est ce que la distribution variable ?

Le rôle de l'arbre à came
La distribution variable se compose de deux concepts majeurs : la levée variable et le calage variable des soupapes. Mais avant d'entamer cette étude rappelons-nous les phases de fonctionnement d'un moteur à explosion. Elles sont au nombre de quatre et se répètent cycliquement :
1. Admission (injection air + essence)
2. compression du mélange
3. explosion et dilatation
4. échappement
Ces étapes se déroulent dans le cylindre dont les soupapes, qui coiffent la partie haute, permettent l'admission et l'échappement. La synchronisation (calage variable) et le degré d'ouverture (levée variable) des soupapes est défini par la forme et l'angle des cames du ou des arbres à cames (Schéma AC). Pour bien comprendre, on peut dire que plus une came est longue, plus la soupape a une levée importante. Et plus l'angle que compose la came d'admission et d'échappement est petit, plus la période d'ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement sera longue.

La levée variable
Le premier système de levée variable des soupapes à l'admission utilisé en graned série en automobile est le système Vtec (1989) d'Honda. Comme on peut le constater sur le schéma du moteur (1L6 ESI Vtec mono AC), l'arbre est central et ouvre alternativement les différentes soupapes. Quand le moteur optimise le couple (<5000 tr/min), il utilise les cames d'admission extérieures. Le mélange est stable, la levée de la soupape d'admission est moins importante que celle d'échappement. Si l'on sollicite la puissance et lorsque les paramètres :
- le régime et la charge du moteur
- la vitesse du véhicule
- la température du liquide de refroidissement sont favorables, le système Vtec enclenche la came intermédiaire (centrale). L'angle d'ouverture de la soupape d'admission devient plus grand (= l'échappement) et plus d'air entre alors dans le cylindre. Les gaz d'échappement sont totalement expulsés et cette augmentation engendre une combustion plus énergétique. Le système de levée variable Vtec est propre à Honda et si les autres constructeurs utilisent des moyens mécaniques différents le résultat est le même.

Le calage variable
Le calage variable des soupapes joue sur les diagrammes de distribution en modifiant l'angle que composent les cames des deux arbres (cf. schémas). On joue ainsi sur la durée de la phase de croisement (ouverture simultanée des soupapes) et le retard de fermeture à l'admission. Cette durée détermine les caractéristiques du moteur. Pour avoir de la puissance, l'angle est augmenté au maximum, ce qui se traduit par un croisement faible. En revanche, lorsque l'on cherche à avoir le plus de couple possible (à faible vitesse de rotation moteur) on diminuera cet angle, ce qui augmente le moment de croisement (schémas 1, 2, 3, 4). Comme on peut le voir dans les exemples suivants, les constructeurs jouent d'ingéniosité mécanique afin de modifier l'angle des différentes cames. Chez Honda précurseur de ces technologies l'actionneur du VTC (Variable Timing Control), installé sur l'arbre à came d'admission, est contrôlé par la pression d'huile pour permettre en dynamique et en continu le calage afin de s'adapter à la charge du moteur.

Moteur V8 de la BMW 745i :
La palme d'or du calage variable doit être attribué au moteur V8 de la nouvelle BMW 745i. En effet, il est équipé du système d'admission variable le plus évolué et a été élu meilleur moteur de l'année par un jury de spécialistes. Contrairement aux systèmes classiques où seulement 2 positions sont possibles, le système BMW est constitué d'un tambour rotatif qui permet d'avoir un nombre infini de longueurs d'admission. Cette longueur varie de 231 mm à 673 mm. Le tambour est commandé par un moteur électrique. Il faut aussi ajouter que la distribution entraîne un calage variable des arbres à cames d'admission et d'échappement (double-Vanos) et le système Valvetronic de levée variable des soupapes.

Porsche VarioCam Plus :
Le système VarioCam Plus de Porsche associe le calage variable des arbres à cames d'admission et la levée variable des soupapes d'admission. Le dispositif de levée variable des soupapes d'admission se distingue par deux poussoirs à coupelle placés l'un dans l'autre du côté admission du moteur et actionnés par deux cames de profils différents sur l'arbre à cames d'admission.

Ferrari :
Le système conçu par Ferrari sur ses V8 à partir de la F355 permet de jouer sur la levée et l'allure du profil. Les cames ne sont en effet plus "cylindriques", c'est-à-dire que leur profil varie quand on se déplace suivant l'axe de l'arbre à cames. Une translation de l'arbre pilotée hydrauliquement permet donc de faire varier le diagramme, le poussoir étant capable de mouvements de rotation pour compenser la "multidimensionnalité" de la came. La fabrication d'une telle came est complexe, et cette solution engendre des efforts axiaux dont l'intensité relative est de l'ordre de 10%.

:: CONCLUSION
Chaque marque développe aujourd'hui son propre système de calage variable et de levée variable des soupapes. Les solutions techniques sont différentes mais les résultats sont les mêmes. On peut conduire des véhicules coupleux, à bas et moyen régimes et puissants, haut dans les tours. Ces recherches se développent d'autant plus qu'à l'agrément de conduite de nos chères sportives, se joint le respect des normes européennes antipollution. De l'argent est donc enfin investi dans la recherche de nouvelles technologies pour nos bons vieux moteurs essence. En effet depuis quelques années on pouvait être spectateur des seules avancés relatives aux moteurs Diesels. Les acheteurs étaient mus par une fiscalité avantageuse et par une consommation plus faible. Mais peut-être demain, si les choses continuent de la sorte et que les normes antipollution nous aident, aurons-nous la chance de conduire une voiture disposant d'un v6 (à calage et levée variable des soupapes en continu) bi-turbo à injection directe common rail d'ESSENCE…