Soupapes, la commande prend des libertés

Soupapes, la commande prend des libertés

La commande MultiAir du groupe Fiat Alfa Romeo autorise de multiples combinaisons de diagramme de distribution. Très simple, il renvoie aux archives de l’histoire tous les systèmes mécaniques proposés par les concurrents.

Fiat, « Le » constructeur italien mobilise tout un pays derrière lui quand il s’agit d’innovation. L’injection « common rail » diesel, c’est en effet sous l’impulsion d’une poignée d’ingénieurs italiens qu’elle a vu le jour. A l’époque, la marque n’est pas au mieux. Aussi le projet porté par les bureaux d’études avancées avec des étudiants de Milan a été confié pour toute la mise au point au spécialiste du diesel de l’époque, Bosch. La première application série reste l’Alfa Romeo 156 en 1997. Les italiens remettent ça avec une commande des soupapes évoluée, le MultiAir. Il est monté sur l’Alfa Romeo MiTo avec 135 ch mais aussi sur des modèles plus économiques, moins polluants et aux performances améliorées.

A quoi ça sert

L’objectif du MultiAir est double. Pour obtenir des performances supérieures, il permet de varier à l’infini le diagramme d’ouverture des soupapes. Par exemple au ralenti, peu d’air est nécessaire au fonctionnement. Les soupapes d’admission seront peu ouvertes, à la période la meilleure pour limiter les contre-pressions dans le cylindre et dans la tubulure d’admission. Pour la puissance maxi, l’ouverture sera très grande, commencée bien avant le point mort haut pour augmenter le croisement d’ouverture des soupapes admission et échappement. A la fin de la phase d’échappement, les gaz qui s’échappent aspirent les gaz frais de l’admission dans le cylindre. En phases intermédiaires, l’ouverture est adaptée au volume souhaité, mais il est également possible de fermer plus tôt ou de fermer partiellement, pour créer des effets aérodynamiques dans le cylindre, comme des tourbillons qui dirigent l’essence vers la bougie par exemple. Avec la possibilité d’obtenir un diagramme de distribution variable à la demande, le profil des cames peut être dessiné pour une puissance maximum et donc avec une forte levée et une période d’ouverture maximum, tout en assurant à la demande un fonctionnement « paisible » et économe en carburant au gré de la stratégie de gestion électronique. Dernier avantage, et pas des moindres, l’ouverture des soupapes à la demande limite les pertes d’énergie par « pompage ». C'est-à-dire que le piston qui descend dans le cylindre, à l’admission, qui est alors une pompe et consomme de l’énergie (prise sur les cylindres moteurs au même moment). Papillon fermé ou peu ouvert (phases de ralenti ou de charge partielle) la pompe manque d’air et oppose donc une forte résistance. L’énergie dépensée là peut atteindre plus de 10% de la puissance efficace du moteur. Soupapes d’admission fermées dans ces phases de fonctionnement avec le MultiAir, la pompe n’aspire plus, et ne dépense donc plus cette énergie : gain 10% !

Quel est le supplément de pièces

Toute cette mécanique n’est pas simple. Il faut un actuateur électro-hydraulique à commande par calculateur électronique, qui se rajoute au calculateur moteur. Des pistons multiples à la place des poussoirs à ressort pour récupérer la pression d’huile (jusqu’à 100 bars) et la délivrer aux soupapes. On devine que la mise au point de cette innovation qui a germée dans la tête des ingénieurs il y a plus de 10 ans, a demandé de longs mois pour répondre totalement aux attentes des constructeurs. La maîtrise de l’admission d’air, conjugué à une injection directe du carburant, permet de mieux réussir la combustion et Fiat revendique d’ores et déjà des réductions d’émissions polluantes de 40% pour le CO2 et jusqu’à 60% sur les NOx (oxydes d’azote).

Une seule came suffit pour deux soupapes, et l’implantation de l’arbre à cames est désormais libre.

Comment ça marche ?

Pour faire fonctionner le MultiAir, les ingénieurs de Fiat se sont inspirés de leur création précédente, le « common rail ». Pour les deux systèmes, il y a une très haute pression à domestiquer pour, soit pulvériser très précisément et en plusieurs fois, soit, pour la commande des soupapes, l’utiliser pour pousser sur la soupape plus ou moins fort, plus ou moins longtemps.

La came de commande ne pousse pas directement un mécanisme qui agit sur la tige de soupape, mais comprime de l’huile dans un circuit à deux voies. Une première voie conduit à un piston qui lui pousse sur la queue de soupape. La seconde voie mène à une électrovanne. Si celle-ci est fermée, la totalité de l’huile pousse la soupape, qui s’ouvre largement et pendant toute la durée de poussée de la came. Si l’électrovanne s’ouvre, la fuite diminue la poussée sur la soupape. Il est ainsi possible de gérer la hauteur de levée de la soupape, ainsi que la durée de la levée. Comme pour le common rail du moteur diesel, il est même possible de fermer la soupape plus tôt, et de la rouvrir après si c’est nécessaire.

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