Le calage variable des soupapes, ou distribution de calage variable, est une technologie qui permet d'optimiser les paramètres d'un moteur à combustion interne à quatre temps, augmentant ainsi ses performances et réduisant la consommation de carburant.

Avec le calage variable des soupapes, il est possible de contrôler la levée, le moment d'ouverture des soupapes ou le temps d'ouverture des soupapes, ou une combinaison des paramètres mentionnés, indépendamment de la position du vilebrequin. Cependant, le contrôle de la soupape dépend des révolutions, de la charge du moteur et d'autres facteurs.

Comment fonctionne le calage variable des soupapes ?

Avec une distribution standard, le calage est donné par sa géométrie, et le mouvement des soupapes est étroitement lié à la position du vilebrequin. L'ouverture et la fermeture des soupapes sont donc immuables et dépendantes du mouvement des pistons.

Cependant, le moment d'ouverture et de fermeture des soupapes affecte considérablement la qualité du remplissage des cylindres en fonction du régime moteur. Ainsi, avec une distribution variable, le réglage de l'arbre à cames change en fonction du régime et de la charge du moteur.

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Au ralenti et à haut régime, l'arbre à cames d'admission est réglé pour fermer la soupape d'admission un peu plus tard que la normale, ce qui aide le moteur à tourner en douceur au ralenti et à faire bon usage de la puissance à haut régime.

À bas et moyen régimes, l'arbre à cames est réglé pour fermer la soupape d'admission un peu plus tôt que d'habitude, ce qui se traduit par un plus grand remplissage des cylindres et une meilleure circulation du couple.

Effet de réglage du calage des soupapes

1. Fermeture retardée de la soupape d'admission

Si la soupape d'admission reste ouverte un peu plus longtemps que la normale, le piston pousse l'air hors du cylindre et le ramène dans le collecteur d'admission pendant la course de compression. L'air expulsé remplit le tuyau d'admission avec une pression plus élevée et, lors des coups suivants, il aspire cet air dans la chambre de combustion.

La fermeture retardée des vannes réduit les pertes par pompage d'aspiration de 40 % pendant la charge et réduit les émissions d'oxyde d'azote de 24 %. Les émissions d'hydrocarbures restent inchangées.

2. Fermeture prématurée de la vanne d'aspiration

Une autre façon de réduire les pertes de pompage associées à un faible régime moteur consiste à créer un vide poussé en fermant la soupape d'admission plus tôt que d'habitude. Cela implique de fermer la soupape d'admission à mi-chemin de la course d'admission.

À faibles vitesses et charges, les besoins en carburant et en air du moteur sont faibles et le travail requis pour remplir le cylindre est relativement élevé, de sorte que la fermeture prématurée des soupapes d'admission réduit considérablement les pertes de pompage. La fermeture prématurée des soupapes d'admission réduit les pertes par pompage de 40 % et la consommation de carburant de 7 %. Les émissions de protoxyde d'azote sont également réduites de 24 %.

3. Ouverture prématurée de la soupape d'admission

Une autre façon de réduire les émissions consiste à ouvrir la soupape d'admission prématurément. En ouvrant la soupape d'admission plus tôt que d'habitude, certains gaz d'échappement brûlés sont expulsés du cylindre par la soupape d'admission.

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Dans le collecteur d'admission, ces gaz d'échappement sont refroidis par l'air ambiant et réaspirés dans l'espace du cylindre lors de la course suivante, ce qui contribue à réguler la température du cylindre et les émissions d'oxyde d'azote.

4. Fermeture précoce/tardive des soupapes d'échappement

Avec l'aide de la soupape d'échappement, nous pouvons également réduire les émissions. Lorsque la soupape d'échappement s'ouvre, le piston pousse les gaz d'échappement vers l'extérieur du cylindre dans le collecteur d'échappement. Nous pouvons contrôler la quantité de gaz d'échappement restant dans le cylindre en manipulant le calage des soupapes d'échappement.

Si la soupape d'échappement est ouverte plus longtemps que d'habitude, le cylindre est plus vidé et donc prêt à être rempli avec plus de carburant et d'air pendant la course d'admission, permettant au moteur de produire plus de puissance. Si la soupape d'échappement est fermée un peu plus tôt, il reste plus de gaz d'échappement dans le cylindre, ce qui réduit la formation d'émissions.

Avantages du calage variable des soupapes

La technologie de calage variable des soupapes est utilisée pour améliorer le remplacement de la culasse dans un moteur à combustion interne alternatif, ce qui se traduit par une puissance plus élevée, une consommation de carburant réduite, des émissions réduites et un couple élevé sur une large plage de régimes moteur.

Le calage variable des soupapes est principalement utilisé dans les moteurs à allumage commandé. En effet, ces moteurs fonctionnent dans une plage de régimes plus large, c'est pourquoi l'utilisation de la technologie de calage variable des soupapes est plus efficace et logique. L'inconvénient fondamental des moteurs à essence est la régulation des gaz, qui entraîne une diminution de leur efficacité à faible charge.

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Papillon des gaz : son fonctionnement et ses éventuels dysfonctionnements

Grâce au calage variable des soupapes, il est possible de réduire ou de supprimer complètement le papillon des gaz, ce qui réduit les pertes de pompage par résistance pneumatique dans le collecteur d'admission et augmente ainsi l'efficacité de remplissage du moteur, en particulier à faible charge.

En plus des moteurs à essence, la technologie de calage variable commence également à être appliquée aux moteurs diesel, principalement en raison des normes d'émission de plus en plus strictes. Le premier moteur diesel pour voitures particulières à calage variable des soupapes a été développé par Mitsubishi en 2010.

L'utilisation du calage variable des soupapes peut apporter

• Réduction de 10 à 30 % de la consommation de carburant
• Augmentation de 10 à 15 % de la puissance et du couple effectifs
• Réduction de 20 à 25 % de la production d'émissions de gaz d'échappement

Conception à calage variable des soupapes

Différents fabricants utilisent différentes technologies pour mettre en œuvre un calage variable des soupapes. Structurellement, le calage variable des soupapes peut être réalisé, par exemple, des manières suivantes :

• arbre à cames à commande mécanique
• moteurs d'arbre à cames hydrauliques
• commande hydraulique des soupapes
• soupapes à commande électromagnétique

Désignation des moteurs équipés du calage variable des soupapes :

En plus des différentes technologies, les constructeurs automobiles utilisent également différentes désignations pour leurs moteurs, qui sont équipés d'un calage variable. Voici quelques exemples:

AVCS (Subaru)

AVLS (Subaru)

CVTCS (Nissan, Infiniti)

CVVT (Alfa Romeo, Citroën, Hyundai, Kia, Peugeot, Renault, Volvo)

DCVCP (General Motors)

MIVEC (Mitsubishi)

MultiAir (Fiat)

N-VCT (Nissan)

S-VT (Mazda)

Ti-VCT (Ford)

VANOS (BMW)

VarioCam (Porsche)

VCT (Ford)

VTEC, i-VTEC (Honda)

VVL (Nissan)

Valvelift (Audi)

VVEL (Nissan)

VVT (Chrysler, General Motors, Suzuki, Groupe Volkswagen)

VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)

VTVT (Hyundai, Kia)

Une courte démonstration vidéo du fonctionnement du calage variable des soupapes VVT: