Le concept d'augmentation du couple moteur à basse et haute vitesse en avançant et en retardant automatiquement le calage des soupapes n'est pas une nouveauté. Au cours des années 1960, il existait des engrenages de distribution d'arbre à cames variables dotés d'un dispositif à ressort de torsion qui retardait le calage des soupapes en réponse à l'augmentation du couple de rotation nécessaire pour faire tourner l'arbre à cames à des régimes moteur plus élevés.
En théorie, vous pourriez profiter des avantages du couple à basse vitesse et de la puissance à haute vitesse. Cependant, cela ne semblait pas fonctionner dans la pratique en raison de sa dépendance au couple de rotation.
De nos jours, les systèmes informatisés de gestion du moteur ont fait du calage variable des soupapes une réalité pratique pour la plupart des véhicules. Mais une discussion historique sur les différentes approches techniques du calage variable des soupapes pourrait remplir une encyclopédie.
Couplé à des systèmes d'admission et d'échappement réglés, le calage variable des soupapes peut augmenter considérablement le couple moteur à bas et à haut régime, augmenter l'économie de carburant et réduire les émissions d'échappement.
D'autre part, le calage variable des soupapes a entraîné des problèmes spécifiques concernant la lubrification et les diagnostics du moteur.
Terminologie
Le calage variable des « soupapes » que la plupart d'entre nous voient dans nos ateliers est en fait un calage variable de l'« arbre à cames » qui améliore le couple à basse et haute vitesse en avançant ou en retardant le calage de l'arbre à cames sur les applications de moteur à simple arbre à cames en tête (SACT).
En revanche, certaines applications à double arbre à cames en tête (DACT) remplissent ces mêmes fonctions en avançant ou en retardant séparément les arbres à cames d'admission et d'échappement.
Le calage entièrement variable des soupapes ne peut être obtenu qu'en utilisant des solénoïdes commandés par ordinateur pour contrôler avec précision les événements d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission et d'échappement. Bien que les diverses combinaisons d'événements de calage des soupapes soient théoriquement infinies sur un système à commande électronique, ses applications sont limitées en raison de problèmes de coût et, dans certains cas, de fiabilité.
Répertoire GRATUIT des lignes d'assistance technique…
Aide d'experts des fabricants sur votre smartphone
kyptechline.com
Principes de fonctionnement
Le calage efficace des soupapes dépend beaucoup des vitesses de l'air d'admission circulant dans les orifices d'admission du moteur et des gaz d'échappement sortant des orifices d'échappement du moteur. Sur la plupart des moteurs à aspiration naturelle, la soupape d'admission ne se ferme pas tant que le piston ne commence pas à se déplacer vers le haut lors de la course de compression. Lorsque l'air d'admission se déplace lentement à des régimes moteur inférieurs, la soupape d'admission doit se fermer tôt pour empêcher le piston de repousser l'air d'admission dans l'orifice d'admission et le collecteur.
À mesure que la vitesse de l'air d'admission augmente avec le régime du moteur, la soupape d'admission doit se fermer plus tard pour aider à emballer plus d'air dans le cylindre. En théorie, la plupart des conceptions VVT commencent à changer le calage des soupapes d'admission lorsque les vitesses d'air d'admission commencent à augmenter considérablement à 2 500 à 3 500 tr/min. Bien sûr, la stratégie de fonctionnement réelle du PCM dépend en grande partie de la conception du moteur et des limitations de vitesse du moteur.
Bien que le calage des soupapes d'échappement ne soit pas aussi critique pour les performances du moteur que le calage des soupapes d'admission, il peut théoriquement être avancé sur les applications DOHC pour augmenter le chevauchement du calage des soupapes à des régimes moteur plus élevés et retardé pour réduire le chevauchement des soupapes à des régimes moteur inférieurs.
Le chevauchement du calage des soupapes est souhaitable à des régimes moteur plus élevés. Maintenir simultanément les soupapes d'admission et d'échappement ouvertes pendant que le moteur passe de la course d'échappement à la course d'admission permet au moteur d'utiliser la légère pression négative créée par les gaz d'échappement sortant de l'orifice d'échappement pour aider à aspirer la charge d'admission dans le cylindre.
Mais à des régimes moteur et à des vitesses de gaz inférieurs, un chevauchement élevé des soupapes produit un ralenti saccadé en raison des gaz d'échappement repoussant dans le collecteur d'admission, en plus de réduire la compression du moteur en marche. Gardez également à l'esprit que la modification du calage des soupapes d'échappement peut créer un effet "EGR" qui aide à réduire les émissions d'oxyde d'azote (NO) dans certaines applications.
Conception du lobe de came
En passant, il est utile de comprendre les bases de la conception des lobes d'arbre à cames. Pour éviter une contrainte excessive sur le train de soupapes, un lobe de came doit être conçu pour accélérer progressivement la masse du culbuteur, de la soupape, du poussoir et de la tige de poussée. Les conceptions d'arbres à cames en tête réduisent les contraintes du train de soupapes en remplaçant ces composants par un simple suiveur de came.
Malheureusement pour les arbres à cames mécaniques, les variations du jeu des soupapes entraîneront de légers changements dans le calage des soupapes. Étant donné que les arbres à cames à réglage hydraulique ne nécessitent pas de jeu de jeu, le calage des soupapes reste très cohérent.
Dans les deux cas, le lobe de came doit être conçu pour décélérer progressivement le train de soupapes afin d'empêcher les soupapes de rebondir sur les sièges de soupape aux régimes de pointe du moteur. Alors que les lobes d'arbre à cames peuvent être rectifiés pour augmenter le débit d'air en augmentant la levée de soupape, l'augmentation de la levée de soupape augmente la contrainte sur le train de soupapes ainsi que le potentiel d'interférence piston-soupape.
Matériel VVT
Le calage variable de l'arbre à cames sur les premiers moteurs à simple arbre à cames en tête (SOHC) a été obtenu en utilisant un "phaseur" d'arbre à cames composé d'un piston hydraulique à ressort forçant un engrenage d'entraînement biseauté contre un engrenage d'entraînement biseauté similaire monté sur l'arbre à cames.
Un calage précis de l'arbre à cames peut être obtenu en utilisant le module de commande du groupe motopropulseur (PCM) pour appliquer une pression d'huile au piston en pulsant une soupape de commande d'huile. Étant donné que le piston intègre un orifice pour évacuer la pression d'huile, le calage de la came peut être modifié en augmentant la largeur d'impulsion appliquée à la soupape de commande d'huile.
Si l'électronique tombe en panne, un ressort de rappel de phaser poussera le piston dans sa position de synchronisation par défaut.
Le PCM surveillera également la position de l'arbre à cames en comparant les positions relatives du capteur de position d'arbre à cames (CMP) et du capteur de position de vilebrequin (CKP). Si ces positions ne correspondent pas aux données programmées, le PCM doit définir un code d'anomalie de la série P0010 ou de la série P0340.
Certaines conceptions de VVT intègrent également un capteur de calage des soupapes (VTS) séparé pour fournir une rétroaction plus précise du calage des soupapes au PCM. Alors que la plupart des conceptions modernes de VVT utilisent des phaseurs à palettes plus compacts pour régler le calage des soupapes, elles continuent d'utiliser le même agencement de base de capteurs et de mécanismes de contrôle de la pression d'huile pour permettre le contrôle par ordinateur.
Conseils de diagnostic
Comme vous l'avez peut-être déjà deviné, les diagnostics VVT sont très spécifiques à l'application, car ils dépendent non seulement du fait que le moteur est un bloc de type V ou en ligne, ou d'une configuration DOHC ou SOHC, mais également de la configuration du phaser et électronique du système. De plus, il existe littéralement des dizaines de codes d'anomalie «globaux» des séries P0010 et P0340, sans parler des codes de la série P1000 spécifiques au fabricant qui peuvent être stockés en raison d'un problème de calage des soupapes. Mais, en appliquant les principes de fonctionnement de base, il est possible de diagnostiquer la plupart des pannes VVT, quelle que soit la configuration.
Il est évident que la plupart des pannes de VVT affecteront le vide du collecteur d'admission et entraîneront une perte de couple moteur à bas ou haut régime. Lorsque l'arbre à cames ne répond pas aux positions commandées par le PCM, le PCM doit stocker un code d'erreur de la série P0340 lié à la synchronisation de l'arbre à cames. Sur les moteurs à bloc en V, une erreur de synchronisation d'arbre à cames sur un banc peut également entraîner des codes de ratés d'allumage de la série P0300 pour tous les cylindres de ce banc.
De plus, rappelez-vous que le calage des soupapes et le chevauchement des soupapes affectent la compression des cylindres. Avec une défaillance d'un seul banc sur un moteur à bloc en V, la compression de démarrage d'un banc à l'autre devrait différer, tout comme les numéros de compensation de carburant d'un banc à l'autre. De plus, gardez à l'esprit qu'avec la réintroduction des chaînes de distribution en acier, une seule chaîne lâche ou un tendeur ou un guide-chaîne usé sur une banque peut retarder le calage de la came et peut-être affecter les performances de démarrage à froid et de conduite.
La viscosité de l'huile moteur ainsi que la capacité de débit du filtre à huile peuvent certainement affecter la capacité du phaseur de came à contrôler le calage des soupapes, tout comme les cotes de durée de vie de l'huile. Une huile non approuvée OE, couplée à un filtre à huile de faible capacité, peut provoquer des boues ou un vernissage, ce qui provoque le blocage des phaseurs de came dans des positions avancées ou retardées. Cela peut également entraîner l'obstruction des passages d'huile dans la culasse, la soupape de commande d'huile et les phasers avec de la boue ou la contamination par des copeaux de métal. Même lorsque vous utilisez des huiles OE ou approuvées OE, gardez à l'esprit que l'huile moteur doit être changée aux intervalles recommandés.
Enfin et surtout, de nombreux techniciens de diagnostic avancés collectent régulièrement des échantillons de laboratoire de formes d'onde de capteurs CMP et CKP connues pour une comparaison future avec celles produites par un modèle similaire affligé d'un problème de synchronisation de soupape suspecté.
