Les systèmes de distribution variable sont un élément central pour accroître l’efficacité des moteurs à combustion interne modernes. Schaeffler propose à ses clients une gamme de produits basée sur UniAir, un système électrohydraulique de commande des soupapes entièrement variable. Le système UniAir – dont environ un demi-million d’unités ont été livrées à ce jour – a été amélioré pour inclure des fonctions qui permettent des processus de combustion modernes tels que les cycles Miller et Atkinson et qui rendent la désactivation de cylindre plus efficace. « Le début de la production de la technologie UniAir en grands volumes il y a cinq ans a été le début d’une nouvelle ère dans les systèmes de distribution variable. Ce système de contrôle des soupapes complètement variable établi un nouveau standard technologique pour les moteurs écologiques et dynamiques, et ouvre maintenant un nouveau potentiel d’optimisation à nos clients par le biais de ses stratégies de contrôle élargies », explique le professeur Peter Pleus, PDG de Schaeffler Automobile.

Il y a également eu de nouveaux développements dans la désactivation de cylindres : au lieu de désactiver seulement des cylindres spécifiques, le futur système désactivera chaque cylindre individuellement de façon itérative. Dans le même temps, Schaeffler développe et optimise une gamme d’éléments de commutation mécanique et d’unités de phasage d’arbre à cames. Les unités de phasage électromécaniques de l’entreprise, qui sont prêts pour la production en grands volumes, en sont un exemple.

L’activation des soupapes d’admission et d’échappement joue un rôle essentiel dans le rendement du moteur. « La situation idéale est d’avoir un train de soupape avec de hauts degrés de liberté dans lequel la levée, le point d’ouverture, la durée d’ouverture, et le point de fermeture peuvent être réglés indépendamment l’un de l’autre », explique le Dr Martin Scheidt, qui est en charge du développement de systèmes moteur chez Schaeffler. « Cela signifie que les pertes par pompage qui se produisent lors de l’admission d’air peuvent être réduites de manière significative ».

Le système de contrôle du système UniAir permet cette variabilité. Les soupapes ne sont pas directement actionnées par l’arbre à cames, mais par une unité électrohydraulique installée entre l’arbre à cames et les soupapes. La soupape peut être ouverte de manière variable à n’importe quel moment à l’intérieur de la courbe maximale définie par le profil de la came. Deux nouveaux développements permettent à la courbe de levée de soupape des moteurs essence et diesel d’être plus variable : pour les moteurs essence, Schaeffler fournit une option de commande de came à deux étages. En raison de sa forme de botte, cette came permet un grand croisement des soupapes pendant lequel les soupapes d’admission et d’échappement sont ouvertes simultanément permettant aux gaz d’échappement de rester dans la chambre de combustion. Ce type de recirculation interne des gaz brûlés permet de réduire les émissions de NOx en sortie moteur. De cette manière, le réglage de la quantité de gaz résiduels peut être appliqué même sans l’utilisation d’un déphaseur d’arbre à cames. La solution est conçue différemment pour une utilisation dans les moteurs diesel car l’espace entre la tête de piston et la culasse au point mort haut est trop petit pour un grand chevauchement des soupapes dans ces moteurs. Les ingénieurs de Schaeffler s’appuient donc sur un système à double cames pour commander le système UniAir. La seconde came est décalée de telle sorte qu’elle active la soupape d’admission seulement quand la soupape d’échappement est ouverte. Même dans ce cas, la levée de soupape peut être choisie librement à l’intérieur du contour de la came.

Le système de commande partiellement et totalement variable des soupapes permet également de désactiver les cylindres pendant le fonctionnement du moteur. Ceci permet de réduire la consommation de carburant d’un moteur à quatre cylindres de six pour cent en fonctionnant temporairement avec seulement deux cylindres. Cette désactivation de cylindres peut être utilisée fréquemment lors de la conduite à vitesse constante et à faible charge moteur. La désactivation de cylindres spécifiques est principalement réalisée à l’aide de composants du train de soupapes commutables hydrauliquement. Dans l’avenir, le système UniAir va permettre d’effectuer la désactivation des cylindres de façon successive, c’est à dire de telle manière que chaque cylindre peut être désactivé alternativement. Ceci présente l’avantage que les cylindres désactivés ne refroidissent pas, ce qui signifie que le système peut être activé plus rapidement après un démarrage à froid.

Les essais effectués à Schaeffler ont montré que cette méthode de désactivation alternative des cylindres peut être bénéfique dans les moteurs à trois cylindres. La désactivation de l’un des trois cylindres, sur une période de temps prolongée conduirait à des vibrations inacceptables. La désactivation alternative – qui aboutit finalement à un « fonctionnement sur 1,5 cylindre » – signifie que la fréquence des vibrations se déplace sur une gamme qui peut être contrôlée à l’aide d’un double volant amortisseur et d’un absorbeur centrifuge de type pendule.

La variabilité trouve son chemin dans de plus en plus de domaines de la conception automobile. Les déphaseurs d’arbre à cames, qui deviennent un élément de plus en plus standard dans les nouveaux moteurs, représentent son point d’entrée. Bien qu’ils ne contrôlent pas la levée de soupape, le point d’ouverture des soupapes peut être ajusté pour correspondre à la vitesse du moteur et à la puissance souhaitée par le conducteur. L’ajustement du déphasage est en grande partie réalisé hydrauliquement aujourd’hui, mais de nouvelles solutions arrivent sur le marché. Schaeffler mettra prochainement mettre en production une unité de phasage électromécanique.
Le déphaseur électromécanique offre plusieurs avantages : Le déphasage devient plus rapide et plus précis, et son activation peut se faire dès que le moteur est démarré contrairement à un système hydraulique où il faut attendre que l’a pression d’huile soit établie. C’est une option importante pour les moteurs équipés du système Start-Stop ou les groupes motopropulseurs hybrides dont le moteur à combustion interne est allumé et éteint à plusieurs reprises au cours d’un cycle de conduite. Cependant, les systèmes de déphaseurs hydrauliques continuent également d’offrir un potentiel, que Schaeffler exploite avec la présentation d’un accumulateur supplémentaire de volume d’huile sans pression.

Source : Schaeffler

L’avis de Romain :

Je me demande si c’est Schaeffler qui fournit le système Multi-Air pour Fiat parce que le concept est le même et que la technologie pourrait être brevetée. Sur quels véhicules pensez-vous que ce système UniAir soit installé ?