Sous l’impulsion des réglementations draconiennes appelant à réduire les émissions de gaz d’échappement et à améliorer la consommation de carburant, les constructeurs accordent des efforts conséquent à l’amélioration du processus de combustion: ils ont essayé d’ouvrir les soupapes d’admission plus tôt (appelé cycle de Miller), ils ont essayé de les fermer plus tard (communément appelé le cycle d’Atkinson), et ils ont même essayé de créer un moteur hybride à allumage commandé/compression (allumage par compression à charge homogène), le tout avec des résultats limités.
Certains constructeurs utilisent des systèmes comportant plusieurs lobes de cames, mais cela reste un compromis car seuls quelques profils peuvent être utilisés simultanément.
Remplacer les arbres à cames par des vérins pneumo-hydro-électroniques
Le moteur sans arbre à cames utilise un vérin pneumo-hydro-électronique pour remplacer le procédé traditionnel de contrôle du fonctionnement des soupapes d’un moteur à combustion interne. Il en résulte un contrôle beaucoup plus précis et entièrement personnalisable de la levée et du calage des soupapes (en admission et en échappement): la levée et le calage des soupapes peuvent être ajustés librement d’une soupape à une autre et d’un cycle à un autre. Ce vérin permet également de multiples calages par cycle, ou aucun calage par cycle (ce qui entraîne une coupure totale du cylindre).
Bien que ce système offre un contrôle complet des fonctions d’admission et d’échappement, ainsi qu’une masse réduite et plus compacte (un 4 cylindres en ligne: 20 kg, 50 mm de hauteur et 70 mm de longueur), il est crucial de contrôler précisément les pressions pneumatiques et hydrauliques pour obtenir un fonctionnement efficace.
Cartographier les pressions au cours du développement
Pour déterminer les pressions de fonctionnement requises au fonctionnement des soupapes à différents régimes et à différentes charges, il est essentiel que les pressions soient mesurées avec précision en temps réel.
Mais il ne s’agit pas d’une mince affaire: non seulement les capteurs de pression utilisés doivent être précis dans une large plage de températures de fonctionnement, mais ils doivent également être compacts et résistants aux vibrations, aux huiles chaudes et autres produits chimiques présents dans les compartiments moteur.
Étant donné qu’une petite poignée de fournisseurs à travers le monde est capable de fournir des capteurs de pression professionnels de haute qualité, les équipes de développement qui tentent de concevoir un moteur sans arbre à cames doivent s’assurer de choisir des capteurs adaptés et éprouvés.
Avec cette technologie, il est important que la pression pneumatique (utilisée pour actionner l’ouverture/fermeture des soupapes) et la pression hydraulique (qui joue le rôle de clapet et de maintien d’ouverte des soupapes) soient cartographiées avec précision pendant le développement.
Ces pressions sont contrôlées au moyen d’une unité de commande électronique qui détermine la levée, l’accélération et le calage en fonction de la charge du moteur, de la vitesse et des conditions ambiantes.
Si les équipes de développement réalisent correctement la cartographie de ce processus complexe, les avantages sont assez spectaculaires: il est possible d’extraire plus de 170 kW et 320 Nm de couple d’une unité quatre cylindres de 1,6 litre, ce qui représente 47 % de puissance en plus et 45 % de couple en plus qu’un moteur équivalent équipé d’un arbre à cames, tout en améliorant la consommation de carburant de 15 %.
Bien que les arbres à cames sont au cœur des performances des moteurs à quatre temps depuis plus d’un siècle, les soupapes actionnées par pression hydropneumatique pourraient bien équiper les moteurs à combustion dans un avenir proche.
