volutions rcentes des moteurs d'automobile -...

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Évolutions récentes des moteurs d'automobile Le principe de fonctionnement des moteurs à pistons de nos automobiles n’a pas changé depuis plus d’un siècle et leur architecture générale n’a guère évolué. Toutefois, grâce à d’innombrables développements incessants et patientes améliorations de détail, leur fiabilité, leur agrément d’utilisation, leurs performances, leur rendement n’ont plus rien de commun avec ceux de leurs pairs d’antan. Le progrès continue et s’accélère, tant pour les diesels que pour leurs homologues à essence. Applications de vieilles inventions, nouveaux matériaux, nouvelles techniques de production, nouveaux équipements d’injection et d’allumage ont perfectionné à tel point les propulseurs conventionnels qu’il n’est plus question de les remplacer par les turbines à gaz et autres moteurs rotatifs (Wankel) dans le développement desquels la plupart des grands constructeurs avaient pourtant investi (en vain) des sommes astronomiques il y a quelques décennies. Faute d’être à même de dénuder et décrire en détail chaque nouveau moteur, nous présentons ici un panorama général des plus remarquables évolutions. Nouveau moteur Renault 2.0 dci Cliquez pour agrandir Contenu : Page 1 : Introduction, Page 2 : Rigidification de la ligne d’arbre : le boulonnage en croix, Page 3 : Rigidification de la ligne d’arbre : la structure en échelle, Page 4 : Rigidification de la ligne d’arbre : le carter semelle, Page 5 : Rigidification de la ligne d’arbre : 4 vis par palier, Page 6 : Matériaux légers - le magnésium, Page 7 : Matériaux légers - le plastique, Page 8 : Matériaux légers - le titane, Page 9 : Autres solutions d'allégement, Page 10 : Entraînement de la distribution, Page 11 : Variateurs de calage de distribution, Page 12 : Désactivation de cylindres, Page 13 : Turbosuralimentation à contrôle électronique,

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Page 1: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Eacutevolutions reacutecentes des moteurs dautomobile

Le principe de fonctionnement des moteurs agrave pistons de nos automobiles nrsquoa pas changeacute depuis plus drsquoun siegravecle et leur architecture geacuteneacuterale nrsquoa guegravere eacutevolueacute Toutefois gracircce agrave drsquoinnombrables deacuteveloppements incessants et patientes ameacuteliorations de deacutetail leur fiabiliteacute leur agreacutement drsquoutilisation leurs performances leur rendement nrsquoont plus rien de commun avec ceux de leurs pairs drsquoantan Le progregraves continue et srsquoacceacutelegravere tant pour les diesels que pour leurs homologues agrave essence Applications de vieilles inventions nouveaux mateacuteriaux nouvelles techniques de production nouveaux eacutequipements drsquoinjection et drsquoallumage ont perfectionneacute agrave tel point les propulseurs conventionnels qursquoil nrsquoest plus question de les remplacer par les turbines agrave gaz et autres moteurs rotatifs (Wankel) dans le deacuteveloppement desquels la plupart des grands constructeurs avaient pourtant investi (en vain) des sommes astronomiques il y a quelques deacutecennies Faute drsquoecirctre agrave mecircme de deacutenuder et deacutecrire en deacutetail chaque nouveau moteur nous preacutesentons ici un panorama geacuteneacuteral des plus remarquables eacutevolutions

Nouveau moteur Renault 20 dci

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Page 1 Introduction Page 2 Rigidification de la ligne drsquoarbre le boulonnage en croix Page 3 Rigidification de la ligne drsquoarbre la structure en eacutechelle Page 4 Rigidification de la ligne drsquoarbre le carter semelle Page 5 Rigidification de la ligne drsquoarbre 4 vis par palier Page 6 Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium Page 7 Mateacuteriaux leacutegers - le plastique Page 8 Mateacuteriaux leacutegers - le titane Page 9 Autres solutions dalleacutegement Page 10 Entraicircnement de la distribution Page 11 Variateurs de calage de distribution Page 12 Deacutesactivation de cylindres Page 13 Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Page 14 Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B Page 15 Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina Page 16 Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes Page 17 Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels Page 18 Soupapes disposeacutees en losange Page 19 Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR) Page 20 Miscellaneacutees et conclusion

Rigidification de la ligne drsquoarbre le boulonnage en croix

Les fortes contraintes meacutecaniques dues aux pressions de fonctionnement et aux forces drsquoinerties eacuteleveacutees auxquelles sont soumis les moteurs modernes exigent une structure extrecircmement solide et rigide notamment au niveau des paliers de vilebrequin Il existe traditionnellement trois techniques principales de renforcement des paliers

Boulonnage en croix avec deux vis transversales additionnelles solidarisant chaque chapeau de palier avec les jupes lateacuterales du bloc-moteur Celles-ci doivent alors se prolonger en dessous de la ligne drsquoarbre

Carter semelle monobloc (bedplate) inteacutegrant les chapeaux de paliers Chapeaux de paliers inteacutegreacutes dans ou relieacutes par une structure en eacutechelle

Si la derniegravere solution est plus reacutecente en revanche les deux autres sont appliqueacutees depuis longtemps sur les moteurs agrave hautes performances de toutes tailles qursquoils soient destineacutes agrave la compeacutetition automobile agrave la traction ferroviaire agrave la propulsion marine ou aeacuteronautique Les moteurs drsquoautomobile de grande seacuterie sont resteacutes longtemps des parents pauvres les techniques les moins coucircteuses et les moins performantes leur ayant eacuteteacute reacuteserveacuteeshellip Mais cela ne semble plus le cas aujourdrsquohui

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Si les chapeaux de paliers des reacutecents blocs V8 de GM et du Chrysler New Hemi (ci-dessus) sont boulonneacutes en croix cette technique eacutetait deacutejagrave utiliseacutee sur son preacutedeacutecesseur des anneacutees 60 (Hemi 426 ci-dessous) ainsi que sur les plus puissants V8s de Ford

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Rigidification de la ligne drsquoarbre la structure en eacutechelle

Moteur Audi V6 TDi

Cliquez pour agrandir Les V6 et V8 diesel drsquoAudi beacuteneacuteficient de chapeaux de paliers inteacutegreacutes dans une structure

en eacutechelle Selon leur constructeur cette solution permettrait une meilleure isolation phonique qursquoun carter semelle

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Une structure en eacutechelle solidarise et rigidifie eacutegalement les chapeaux de paliers des moteurs GM Vortec agrave 4 et 5 cylindres en ligne

Rigidification de la ligne drsquoarbre le carter semelle

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Par contre la ligne drsquoarbre du V8 Northstar de GM (ci-dessus) est enclose dans un carter semelle tout comme celle des derniers 4 et 6 cylindres en ligne de BMW (ci-dessous) et un grand nombre drsquoautres moteurs reacutecents Des inserts de paliers en fonte peuvent ecirctre inteacutegreacutes agrave la couleacutee La cloche drsquoembrayage est boulonneacutee eacutegalement sur cette semelle afin drsquoaugmenter la rigiditeacute du groupe motopropulseur

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Les chapeaux de paliers du BMW V8 de la 740d eacutetaient couleacutes avec le bloc et seacutepareacutes par fracture afin de leur procurer un positionnement exact et stable La seacuteparation par fracture est couramment adopteacutee pour les chapeaux de bielle Ce moteur au bloc en fonte agrave graphite vermiculaire (CGI) vient drsquoecirctre remplaceacute par une version tout alu de 44 litres et 330 ch (page suivante) qui pegravese 30 kg de moins soit 242 kg ou 1 kg par kW

Rigidification de la ligne drsquoarbre 4 vis par palier

Le dernier V8 42 TDI drsquoAudi de puissance eacutequivalente (326 ch) avec bloc en fonte CGI jauge 255 kg mais il est plus court ndash la pratique drsquoAudi de loger le moteur longitudinalement en porte-agrave-faux agrave lrsquoavant requeacuterant un moteur le plus court possible

Moteur de la BMW 745d

Cliquez pour agrandir Le filtre agrave huile du moteur de la BMW 745d est disposeacute dans la valleacutee centrale Il srsquoagit du nouveau type de filtre dont seul la cartouche en papier srsquoeacutechange afin de limiter la production de deacutechets speacuteciaux difficiles agrave recycler

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 2: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Page 14 Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B Page 15 Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina Page 16 Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes Page 17 Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels Page 18 Soupapes disposeacutees en losange Page 19 Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR) Page 20 Miscellaneacutees et conclusion

Rigidification de la ligne drsquoarbre le boulonnage en croix

Les fortes contraintes meacutecaniques dues aux pressions de fonctionnement et aux forces drsquoinerties eacuteleveacutees auxquelles sont soumis les moteurs modernes exigent une structure extrecircmement solide et rigide notamment au niveau des paliers de vilebrequin Il existe traditionnellement trois techniques principales de renforcement des paliers

Boulonnage en croix avec deux vis transversales additionnelles solidarisant chaque chapeau de palier avec les jupes lateacuterales du bloc-moteur Celles-ci doivent alors se prolonger en dessous de la ligne drsquoarbre

Carter semelle monobloc (bedplate) inteacutegrant les chapeaux de paliers Chapeaux de paliers inteacutegreacutes dans ou relieacutes par une structure en eacutechelle

Si la derniegravere solution est plus reacutecente en revanche les deux autres sont appliqueacutees depuis longtemps sur les moteurs agrave hautes performances de toutes tailles qursquoils soient destineacutes agrave la compeacutetition automobile agrave la traction ferroviaire agrave la propulsion marine ou aeacuteronautique Les moteurs drsquoautomobile de grande seacuterie sont resteacutes longtemps des parents pauvres les techniques les moins coucircteuses et les moins performantes leur ayant eacuteteacute reacuteserveacuteeshellip Mais cela ne semble plus le cas aujourdrsquohui

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Si les chapeaux de paliers des reacutecents blocs V8 de GM et du Chrysler New Hemi (ci-dessus) sont boulonneacutes en croix cette technique eacutetait deacutejagrave utiliseacutee sur son preacutedeacutecesseur des anneacutees 60 (Hemi 426 ci-dessous) ainsi que sur les plus puissants V8s de Ford

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Rigidification de la ligne drsquoarbre la structure en eacutechelle

Moteur Audi V6 TDi

Cliquez pour agrandir Les V6 et V8 diesel drsquoAudi beacuteneacuteficient de chapeaux de paliers inteacutegreacutes dans une structure

en eacutechelle Selon leur constructeur cette solution permettrait une meilleure isolation phonique qursquoun carter semelle

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Une structure en eacutechelle solidarise et rigidifie eacutegalement les chapeaux de paliers des moteurs GM Vortec agrave 4 et 5 cylindres en ligne

Rigidification de la ligne drsquoarbre le carter semelle

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Par contre la ligne drsquoarbre du V8 Northstar de GM (ci-dessus) est enclose dans un carter semelle tout comme celle des derniers 4 et 6 cylindres en ligne de BMW (ci-dessous) et un grand nombre drsquoautres moteurs reacutecents Des inserts de paliers en fonte peuvent ecirctre inteacutegreacutes agrave la couleacutee La cloche drsquoembrayage est boulonneacutee eacutegalement sur cette semelle afin drsquoaugmenter la rigiditeacute du groupe motopropulseur

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Les chapeaux de paliers du BMW V8 de la 740d eacutetaient couleacutes avec le bloc et seacutepareacutes par fracture afin de leur procurer un positionnement exact et stable La seacuteparation par fracture est couramment adopteacutee pour les chapeaux de bielle Ce moteur au bloc en fonte agrave graphite vermiculaire (CGI) vient drsquoecirctre remplaceacute par une version tout alu de 44 litres et 330 ch (page suivante) qui pegravese 30 kg de moins soit 242 kg ou 1 kg par kW

Rigidification de la ligne drsquoarbre 4 vis par palier

Le dernier V8 42 TDI drsquoAudi de puissance eacutequivalente (326 ch) avec bloc en fonte CGI jauge 255 kg mais il est plus court ndash la pratique drsquoAudi de loger le moteur longitudinalement en porte-agrave-faux agrave lrsquoavant requeacuterant un moteur le plus court possible

Moteur de la BMW 745d

Cliquez pour agrandir Le filtre agrave huile du moteur de la BMW 745d est disposeacute dans la valleacutee centrale Il srsquoagit du nouveau type de filtre dont seul la cartouche en papier srsquoeacutechange afin de limiter la production de deacutechets speacuteciaux difficiles agrave recycler

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 3: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Rigidification de la ligne drsquoarbre la structure en eacutechelle

Moteur Audi V6 TDi

Cliquez pour agrandir Les V6 et V8 diesel drsquoAudi beacuteneacuteficient de chapeaux de paliers inteacutegreacutes dans une structure

en eacutechelle Selon leur constructeur cette solution permettrait une meilleure isolation phonique qursquoun carter semelle

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Une structure en eacutechelle solidarise et rigidifie eacutegalement les chapeaux de paliers des moteurs GM Vortec agrave 4 et 5 cylindres en ligne

Rigidification de la ligne drsquoarbre le carter semelle

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Par contre la ligne drsquoarbre du V8 Northstar de GM (ci-dessus) est enclose dans un carter semelle tout comme celle des derniers 4 et 6 cylindres en ligne de BMW (ci-dessous) et un grand nombre drsquoautres moteurs reacutecents Des inserts de paliers en fonte peuvent ecirctre inteacutegreacutes agrave la couleacutee La cloche drsquoembrayage est boulonneacutee eacutegalement sur cette semelle afin drsquoaugmenter la rigiditeacute du groupe motopropulseur

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Les chapeaux de paliers du BMW V8 de la 740d eacutetaient couleacutes avec le bloc et seacutepareacutes par fracture afin de leur procurer un positionnement exact et stable La seacuteparation par fracture est couramment adopteacutee pour les chapeaux de bielle Ce moteur au bloc en fonte agrave graphite vermiculaire (CGI) vient drsquoecirctre remplaceacute par une version tout alu de 44 litres et 330 ch (page suivante) qui pegravese 30 kg de moins soit 242 kg ou 1 kg par kW

Rigidification de la ligne drsquoarbre 4 vis par palier

Le dernier V8 42 TDI drsquoAudi de puissance eacutequivalente (326 ch) avec bloc en fonte CGI jauge 255 kg mais il est plus court ndash la pratique drsquoAudi de loger le moteur longitudinalement en porte-agrave-faux agrave lrsquoavant requeacuterant un moteur le plus court possible

Moteur de la BMW 745d

Cliquez pour agrandir Le filtre agrave huile du moteur de la BMW 745d est disposeacute dans la valleacutee centrale Il srsquoagit du nouveau type de filtre dont seul la cartouche en papier srsquoeacutechange afin de limiter la production de deacutechets speacuteciaux difficiles agrave recycler

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 4: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

en eacutechelle Selon leur constructeur cette solution permettrait une meilleure isolation phonique qursquoun carter semelle

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Une structure en eacutechelle solidarise et rigidifie eacutegalement les chapeaux de paliers des moteurs GM Vortec agrave 4 et 5 cylindres en ligne

Rigidification de la ligne drsquoarbre le carter semelle

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Par contre la ligne drsquoarbre du V8 Northstar de GM (ci-dessus) est enclose dans un carter semelle tout comme celle des derniers 4 et 6 cylindres en ligne de BMW (ci-dessous) et un grand nombre drsquoautres moteurs reacutecents Des inserts de paliers en fonte peuvent ecirctre inteacutegreacutes agrave la couleacutee La cloche drsquoembrayage est boulonneacutee eacutegalement sur cette semelle afin drsquoaugmenter la rigiditeacute du groupe motopropulseur

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Les chapeaux de paliers du BMW V8 de la 740d eacutetaient couleacutes avec le bloc et seacutepareacutes par fracture afin de leur procurer un positionnement exact et stable La seacuteparation par fracture est couramment adopteacutee pour les chapeaux de bielle Ce moteur au bloc en fonte agrave graphite vermiculaire (CGI) vient drsquoecirctre remplaceacute par une version tout alu de 44 litres et 330 ch (page suivante) qui pegravese 30 kg de moins soit 242 kg ou 1 kg par kW

Rigidification de la ligne drsquoarbre 4 vis par palier

Le dernier V8 42 TDI drsquoAudi de puissance eacutequivalente (326 ch) avec bloc en fonte CGI jauge 255 kg mais il est plus court ndash la pratique drsquoAudi de loger le moteur longitudinalement en porte-agrave-faux agrave lrsquoavant requeacuterant un moteur le plus court possible

Moteur de la BMW 745d

Cliquez pour agrandir Le filtre agrave huile du moteur de la BMW 745d est disposeacute dans la valleacutee centrale Il srsquoagit du nouveau type de filtre dont seul la cartouche en papier srsquoeacutechange afin de limiter la production de deacutechets speacuteciaux difficiles agrave recycler

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 5: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Les chapeaux de paliers du BMW V8 de la 740d eacutetaient couleacutes avec le bloc et seacutepareacutes par fracture afin de leur procurer un positionnement exact et stable La seacuteparation par fracture est couramment adopteacutee pour les chapeaux de bielle Ce moteur au bloc en fonte agrave graphite vermiculaire (CGI) vient drsquoecirctre remplaceacute par une version tout alu de 44 litres et 330 ch (page suivante) qui pegravese 30 kg de moins soit 242 kg ou 1 kg par kW

Rigidification de la ligne drsquoarbre 4 vis par palier

Le dernier V8 42 TDI drsquoAudi de puissance eacutequivalente (326 ch) avec bloc en fonte CGI jauge 255 kg mais il est plus court ndash la pratique drsquoAudi de loger le moteur longitudinalement en porte-agrave-faux agrave lrsquoavant requeacuterant un moteur le plus court possible

Moteur de la BMW 745d

Cliquez pour agrandir Le filtre agrave huile du moteur de la BMW 745d est disposeacute dans la valleacutee centrale Il srsquoagit du nouveau type de filtre dont seul la cartouche en papier srsquoeacutechange afin de limiter la production de deacutechets speacuteciaux difficiles agrave recycler

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 6: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Moteur de la BMW 745d

Cliquez pour agrandir Le filtre agrave huile du moteur de la BMW 745d est disposeacute dans la valleacutee centrale Il srsquoagit du nouveau type de filtre dont seul la cartouche en papier srsquoeacutechange afin de limiter la production de deacutechets speacuteciaux difficiles agrave recycler

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 7: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Chaque chapeau de palier de ce reacutecent V8 diesel de BMW est non seulement assureacute par 4 vis mais encore renforceacute par un pont en acier qui le solidarise avec la face dappui du carter dhuile en bas du bloc-cylindres On note 10 canalisations de descente drsquohuile en retour des culasses

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Les carters de distribution sont deacutesormais souvent couleacutes inteacutegralement avec le bloc-cylindres de mecircme que la volute de pompe agrave eau

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 8: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Mateacuteriaux leacutegers - le magneacutesium

Des mateacuteriaux leacutegers sont de plus employeacutes dans la construction des moteurs et autres organes meacutecaniques pour limiter autant que possible la funeste augmentation de poids des voitures La densiteacute du magneacutesium pur est de 14 contre 27 pour lrsquoaluminium et 73 pour la fonte grise Cependant mecircme si les demi-carters de vilebrequin des 4 cylindres opposeacutes agrave plat refroidis par air des VW laquo Coccinelle raquo (ci-contre) eacutetaient couleacutes en magneacutesium un bloc entiegraverement en magneacutesium ne pourrait faire face aux contraintes subies dans un moteur agrave hautes performances refroidi par liquide Ainsi les nouveaux BMW 6 cylindres agrave essence de 25 et 3 litres ont un bloc-moteur composite magneacutesium ndash aluminium dont le poids nrsquoest que de 57 de celui drsquoun bloc similaire en fonte grise Leur carter semelle et leur cache soupapes sont eacutegalement couleacutes en magneacutesium

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Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 9: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Les parois exteacuterieures du bloc sont en magneacutesium alors que lrsquointeacuterieur comprenant les paliers les cylindres et les chambres de liquide de refroidissement est en alliage drsquoaluminium le liquide de refroidissement corrodant le magneacutesium Le bloc moteur est alleacutegeacute de 24 par rapport agrave un bloc aluminium si bien que le moteur 3 litres de 258 ch complet ne pegravese que 161 kg

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Le magneacutesium est parfois utiliseacute pour les tubulures drsquoadmission en concurrence avec les matiegraveres plastiques thermoreacutesistantes Ci-dessus le collecteur drsquoadmission en magneacutesium du VW-Audi W12 Voir la description deacutetailleacutee de ce moteur peu ordinaire

Mateacuteriaux leacutegers - le plastique

Collecteur drsquoadmission en plastique du V8 GM Northstar

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BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 10: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

BMW-PSA 1600

Cliquez pour agrandir Non seulement la ligne drsquoadmission et le cache courroie de distribution mais de nombreuses autres piegraveces telles que cache soupapes boicirctier de thermostat corps de pompe agrave eau creacutepine de pompe agrave huile et mecircme rampe drsquoinjection (ci-dessous) peuvent ecirctres reacutealiseacutes en plastique (moteur BMW-PSA 1600)

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La matiegravere plastique preacutesente les avantages suivants

possibiliteacute dobtenir des formes complexes autorisant une reacuteduction du nombre de piegraveces dassemblage

leacutegegravereteacute faible conductibiliteacute thermique drsquoougrave tempeacuterature drsquoadmission abaisseacutee avec

collecteur en plastique excellent fini de surface donc moindre reacutesistance aeacuterodynamique agrave lrsquoadmission insensibiliteacute agrave la corrosion moindres coucircts de production en grande seacuterie

le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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le plastique nest pas sensible aux vibrations comme la tocircle dacier et nest donc pas source de bruit

Par contre la matiegravere plastique reacutesiste moins agrave la chaleur aux produits chimiques et aux rayures

Mateacuteriaux leacutegers - le titane

Les bielles (ci-dessus) tiges de culbuteurs ressorts de soupapes et soupapes dadmission du moteur de la

Chevrolet Corvette C6 Z06 sont en titane Cliquez pour agrandir

Notre dossier Corvette C6 Z06 (page7) Dun poids speacutecifique de 45 gcm3 contre 79 pour lacier et 27 pour laluminium le titane a un rapport reacutesistancepoids exceptionnel et est utiliseacute dans des applications aussi diverses que coques de sous-marins nucleacuteaires prothegraveses de hanches turbines de turboreacuteacteurs cadres de veacutelo cannes de golf reacuteacteurs chimiques blindages lunettes optiques arbres dheacutelice bielles de moteurs de course hellip Le poids gagneacute avec des bielles en titane permet la reacuteduction de la masse et de la taille des contrepoids de vilebrequin Pour chaque gramme de reacuteduction de poids des bielles plusieurs grammes exigeacutes pour les supporter et les eacutequilibrer peuvent ecirctre enleveacutes A son tour la masse reacuteduite de lembiellage diminue les vibrations la rudesse de fonctionnement le bruit les pertes par friction et la ventilation de lhuile dans le carter Le coucirct eacuteleveacute du titane peut eacuteventuellement ecirctre compenseacute par la suppression des arbres deacutequilibrage et des supports moteur speacuteciaux Jusquici la plupart des bielles titane ont eacuteteacute reacutealiseacutees en alliage Ti6Al4V Kurt Faller President de Timet Automotive (TIPRO) remarque que lusage du titane a jusquagrave maintenant eacuteteacute limiteacute en production de seacuterie non seulement en raison de son coucirct mais aussi parce que lorsquil est envisageacute cest sur la base dune substitution plutocirct que

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 12: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

dans une conception entiegraverement nouvelle dans laquelle son plein potentiel pourrait ecirctre exploiteacute Toutefois quelques applications reacutecentes incluent

1 Soupapes Toyota Altezza RS200 (version 4 cylindres de la Lexus IS200 vendue au Japon)

2 Soupapes Infinity Q45 3 Coupelles de soupapes Mitsubishi 18L 4 Echappement double Chevrolet Corvette C5 Z06 5 Joints de tuyaux de freins VW 6 Ressorts de suspension VW Lupo FSI 7 Pommeau de levier de vitesses Honda S2000 8 Axes deacutetriers de freins Mercedes Classe S

Soupapes dadmission et eacutechappement en titane du moteur Toyota Altezza 3S-GE 4

cylindres 2 litres 210 ch agrave 7600 trmin wwwasm-intlorgpdfspotlightsAutoApppdf

Autres solutions dalleacutegement

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 13: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Chaque arbre agrave cames hydroformeacute drsquoun BMW 6 cylindres est alleacutegeacute de 600 g par rapport agrave un arbre

conventionnel Cliquez pour agrandir

Toujours dans un but drsquoallegravegement les arbres agrave cames sont deacutesormais creux obtenus par emmanchement des cames sur un tube drsquoacier qui peut ecirctre hydroformeacute sous laction dune pression interne pouvant atteindre 800 bars

Collecteur drsquoeacutechappement Mercedes

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 14: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Collecteur drsquoeacutechappement du BMW 6 cylindres

Cliquez pour agrandir Les collecteurs drsquoeacutechappement en fonte sont particuliegraverement lourds Ils sont parfois remplaceacutes par des tubulures agrave double paroi en tocircle qui procurent une meilleure isolation thermique De plus la couche inteacuterieure eacutetant plus mince lrsquoinertie thermique est minimiseacutee si bien que le catalyseur disposeacute au plus pregraves du moteur atteint rapidement sa tempeacuterature de fonctionnement

Collecteur deacutechappement de la BMW M5

Cliquez pour agrandir Tout comme les arbres agrave cames les tubulures drsquoeacutechappement peuvent ecirctre reacutealiseacutees par hydroformage ce qui permet des formes complexes exemptes de soudure Les parois du collecteur drsquoeacutechappement de la BMW M5 sont eacutepaisses de 08 mm seulement

Entraicircnement de la distribution

Selon ContiTech les courroies cranteacutees de distribution ont deacutesormais une longeacuteviteacute eacutequivalente agrave la dureacutee de vie du moteur

VW 16 entraicircnement par courroie

Cliquez pour agrandir Alors que dans les anneacutees 80 une dureacutee de vie de 100rsquo000 km eacutetait consideacutereacutee comme satisfaisante de nos jours une longeacuteviteacute de lrsquoordre de 240rsquo000 km est non seulement deacutesirable mais aussi reacutealisable Sur les moteurs agrave essence de 10 agrave 16 l de Volkswagen (excepteacute les FSI dont la distribution est entraicircneacutee par chaicircne) pour les Lupo Polo Golf et les modegraveles de la marque du groupe Skoda et Seat par exemple il nrsquoy a plus de freacutequences de remplacement de la courroie de distribution Pour les projets drsquoentraicircnement par courroie synchrone en cours une conception visant la dureacutee de vie du moteur est standard

Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

ue

Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 15: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

VW 16 entraicircnement par courroie

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Audi V6 et V8 entraicircnement par chaicircne

Cliquez pour agrandir Sur les reacutecents V6 et V8 drsquoAudi lrsquoentraicircnement de la distribution se fait par chaicircnes depuis lrsquoarriegravere du moteur ougrave les vibrations de torsion sont amorties par la masse du volant Les chaicircnes absorbent moins ces vibrations que les courroies elles neacutecessitent un carter eacutetanche et sont plus coucircteuses Par contre elles prennent moins drsquoespace et leur longeacuteviteacute a toujours eacuteteacute en principe eacutegale agrave celle du moteur

VW 20 TDI entraicircnement par courroie synchrone

Cliquez pour agrandir La courroie synchrone du VW 20 TDI agrave une largeur de 30 mm mais un remplacement est tout de mecircme prescrit tous les 120000 km Pour drsquoautres moteurs cette intervention est agrave exeacutecuter tous les 160000 voire 200000 km

VW R5 entraicircnement par pignons

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Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 16: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

VW R5 entraicircnement par pignons

Cliquez pour agrandir Sur le 5 cylindres R5 et le V10 TDI de VW lrsquoentraicircnement de la distribution se fait aussi depuis lrsquoarriegravere du bloc mais par une cascade de pignons qui entraicircne eacutegalement les auxiliaires tout comme sur les moteurs conccedilus speacutecifiquement pour la course Le damper (amortisseur de vibrations de torsion) du R5 est inteacutegreacute dans le premier contrepoids du vilebrequin

Variateurs de calage de distribution

variateur de calage Renault Cliquez pour agrandir

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

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Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 17: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Les variateurs de calage sont devenus courants pour lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission Ils permettent drsquooptimiser son calage en fonction du reacutegime et de la charge Neacuteanmoins et tout comme pour lrsquoheure drsquoeacuteteacute en avanccedilant lrsquoouverture de lrsquoadmission on avance simultaneacutement sa fermeture ce qui est loin drsquoecirctre souhaitable dans toutes les conditions Crsquoest pourquoi des systegravemes procurant une dureacutee drsquoouverture et une leveacutee des soupapes variables ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes Voir notre dossier sur la distribution variable

Double Vanos BMW

Cliquez pour agrandir Quelques moteurs ont eacutegalement un variateur de calage pour lrsquoarbre agrave cames drsquoeacutechappement notamment ceux de BMW (laquo Double Vanos raquo) Sur les derniers modegraveles ces variateurs avec leur roue denteacutee sont deacutesormais en aluminium

Ford V8

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Les V8s des Ford Mustang GT et Expedition sont coiffeacutes de culasses agrave 3 soupapes par cylindre solution vanteacutee par Mercedes-Benz avant drsquoecirctre abandonneacutee au profit de la deacutesormais usuelle configuration agrave 4 soupapes par cylindre

Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Le moteur Audi VW de 18 20 litres dispose de 5 soupapes par cylindre 3 drsquoadmission et 2 drsquoeacutechappement complication qui ne semble pas apporter drsquoavantages deacutecisifs Jusqursquoagrave maintenant BMW est le seul constructeur agrave avoir adopteacute une distribution qui permet de varier en continu les leveacutees et dureacutees drsquoouverture des soupapes Ce systegraveme laquo Valvetronic raquo agrave eacuteteacute encore perfectionneacute et autorise deacutesormais un reacutegime maxi de 7000 trmin alors que le couple maxi du 30 litres est atteint degraves 2500 trmin Voir agrave ce sujet nos dossiers

VW 20 litres 5 soupapes cylindre

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La distribution variable Moteurs BMW - PSA 1600

Deacutesactivation de cylindres

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

ue

Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Apregraves une lrsquoinfortuneacutee tentative de Cadillac en 1981 avec le V8-6-4 sujet agrave un certain nombre de problegravemes des systegravemes de deacutesactivation de la moitieacute des cylindres sont reacuteapparus en 1999 sur les V8 et V12 de Mercedes puis en 2004 sur les V8 Chrysler Hemi Magnum et GM Vortec 5300 Ces moteurs culbuteacutes sont eacutequipeacutes drsquoun systegraveme de deacutesactivation de 4 cylindres gracircce agrave des poussoirs hydrauliques qui peuvent ecirctres affaisseacutes sur commande de faccedilon agrave ce que les soupapes restent fermeacutees supprimant ainsi

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 20: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

les pertes par pompage Le gain de consommation est de 6 agrave 10 voire jusqursquoagrave 20 dans certaines conditions selon Chrysler Dans la vaste majoriteacute des situations de conduite seule une petite fraction de la puissance du moteur est solliciteacutee Lrsquoeacutelectronique de controcircle du moteur commande alors la mise hors service de la moitieacute des cylindres Quatre soleacutenoiumldes (un par cylindre deacutesactivable) envoient une pression drsquohuile par une galerie seacutepareacutee allant aux poussoirs concerneacutes Cette pression pousse sur un petit verrou cylindrique qui se deacutegage pendant que la soupape est fermeacutee deacutebloquant le piston interne du poussoir Les ressorts de soupapes eacutetant plus forts que les ressorts internes des poussoirs ces derniers sont comprimeacutes entre la came et les tiges de culbuteurs si bien que les soupapes ne srsquoouvrent plus Celles drsquoeacutechappement sont deacutesactiveacutees (puis reacuteactiveacutees) en premier pour que le cylindre reste constamment rempli de gaz brucircleacutes qui le maintiennent en tempeacuterature et en pression Le changement doit donc intervenir apregraves la phase drsquoadmission mais avant celle drsquoeacutechappement ce qui impose un timing extrecircmement preacutecis coordonneacute par une eacutelectronique moteur ultra performante prenant en compte les deacutelais de reacuteaction de chacun des composants de la chaicircne en fonction de la tempeacuterature drsquohuile et autres paramegravetres

La deacutesactivation et la reacuteactivation des 4 cylindres se fait durant un seul cycle moteur soit deux tours de vilebrequin elle nrsquoest pratiquement pas remarqueacutee par le conducteur La conception de la ligne drsquoeacutechappement doit tenir compte du fait que le moteur fonctionne alternativement sur la moitieacute de ses cylindres afin qle son eacutemis soit agreacuteable en toutes circonstances Le V6 Honda J30A de 3 litres (ci-contre) peut recevoir un systegraveme de deacutesactivation de 3 cylindres inteacutegreacute dans les culbuteurs et nommeacute VCM pour laquo Variable Cylinder Management raquo Lorsqursquoil tourne sur 3 cylindres le moteur vibre beaucoup drsquoougrave la neacutecessiteacute de supports moteurs controcircleacutes eacutelectriquement et drsquoun systegraveme actif de controcircle du bruit par le systegraveme audio de la voiture Bien entendu ces systegravemes ne suppriment que les pertes par pompage et non les pertes meacutecaniques par friction des cylindres deacutesactiveacutes Pour en savoir plus

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Delphicom2001-01-0669pdf

Turbosuralimentation agrave controcircle eacutelectronique

Quasiment tous les moteurs diesels sont deacutesormais turbosuralimenteacutes Lrsquoincidence des aubes drsquoentreacutee de turbine est controcircleacutee de faccedilon plus preacutecise par un petit moteur eacutelectrique commandeacute par un module eacutelectronique plutocirct que par une capsule pneumatique

Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

Cliquez pour agrandir On sait que des aubages de stator de turbine agrave incidence variable permettent drsquoeacutelargir le champ du turbocompresseur et donc la plage drsquoutilisation du moteur en adaptant la section drsquoentreacutee de turbine au deacutebit massique et agrave la pression des gaz drsquoeacutechappement

Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

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Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

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De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Un des deux turbocompresseurs du nouveau V8 diesel BMW de 330 ch

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Turbosuralimentation seacutequentielle ndash PSA-Ford DW12B

Apregraves BMW qui a introduit la turbosuralimention seacutequentielle agrave 2 eacutetages sur la 535d PSA et Ford preacutesentent une nouvelle version du HDI DW12 de 22 litres eacutequipeacutee elle aussi drsquoun systegraveme de turbosuralimentation seacutequentielle

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

Cliquez pour agrandir Cliquez pour agrandir

Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 22: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Cependant PSA-Ford ont choisi une technique diffeacuterente pour ce 4 cylindres Deux turbocompresseurs de mecircmes dimensions travaillent seacutequentiellement mais en parallegravele Le but nrsquoest pas drsquoaugmenter la puissance mais plutocirct la pression drsquoadmission agrave bas reacutegime de faccedilon agrave diminuer les eacutemissions toxiques et le reacutegime ougrave le couple maximum est atteint 400 Nm sont ainsi deacuteveloppeacutes degraves 1750 trmin procurant une imposante reacuteserve de couple de 34 De plus la reacuteponse transitoire est consideacuterablement ameacutelioreacutee car les deux petits turbocompresseurs ont des parties rotatives de faible inertie et un seul est en service agrave bas reacutegime Au-dessus de 2700 trmin les gaz drsquoeacutechappement sont reacutepartis entre les deux turbomachines Le nouveau DW12B 22 L HDiTDCi deacuteveloppe 125 kW (170 ch) Si cette puissance est tout de mecircme nettement supeacuterieure aux 100 kW de lrsquoancien DW12 cela est ducirc agrave drsquoautres perfectionnements dont des chambres de combustion dont le diamegravetre est accru ainsi qursquoun eacutequipement drsquoinjection Bosch agrave rampe commune avec injecteurs pieacutezo-eacutelectriques agrave 7 trous de 135 microns et permettant jusqursquoagrave 6 injections par cycle sous une pression maxi de 1800 bars En effet une variante eacutequipeacutee drsquoun unique turbocompresseur peut deacutevelopper la mecircme puissance ainsi que le mecircme couple maxi mais agrave 2000 trmin au lieu de 1750 trmin

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 23: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Une autre innovation de ce moteur est un carter de vilebrequin agrave double paroi venu directement de fonderie carter qui diminue le bruit rayonneacute de 3 deacutecibels

Suralimentation meacutecanique ndash Rotrex Alpina

Bien que les types de turbocompresseurs les plus reacutecents supportent des tempeacuteratures en entreacutee de turbine allant jusqursquoagrave 1050degC ce qui en conjonction avec lrsquoinjection directe drsquoessence et le calage variable de lrsquoarbre agrave cames drsquoadmission permet de les exploiter au mieux pour suralimenter des moteurs agrave essence la suralimentation par compresseur entraicircneacute par le vilebrequin est de nouveau en vogue pour les moteurs agrave allumage commandeacute En effet leur association avec les turbocompresseurs demeure moins beacuteneacutefique que pour les diesels dont le rapport volumeacutetrique peut rester tregraves eacuteleveacute malgreacute une forte pression drsquoadmission et dans lesquels une tempeacuterature supeacuterieure en fin de compression reacuteduit le deacutelai drsquoinflammation Dans un moteur agrave essence au contraire des pressions et tempeacuteratures de compression trop eacuteleveacutees conduisent au cliquetis et agrave la deacutetonation si bien qursquoune pression de suralimentation tregraves forte neacutecessite un non moins fort abaissement du rapport volumeacutetrique nuisible agrave la consommation speacutecifique Pour une pression drsquoadmission modeacutereacutee un compresseur meacutecanique peut ecirctre une solution compeacutetitive car on dispose aujourdrsquohui de compresseurs dont le rendement adiabatique est meilleur qursquoautrefois

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 24: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

Compresseur centrifuge sous le capot de la BMW Alpina B5

Cliquez pour agrandir Eaton a ameacutelioreacute le compresseur Roots utiliseacute par Mercedes (agrave droite) et VW (TSI 14) Le compresseur agrave double vis de type Lysholm (Mercedes E55 AMG CLK DTM AMG SLR McLaren) a un rendement adiabatique supeacuterieur mais celui des compresseurs centrifuges est encore meilleur Ce dernier type est agrave nouveau produit pour des automobiles notamment par la firme Rotrex ainsi que par Alpina qui le monte sur ses B5 et B7 de 500 ch baseacutees sur les BMW seacuterie 5 et 7 agrave moteur V8 de 44 litres avec Valvetronic Le vocable de laquo compresseur radial raquo est agrave la mode il est synonyme de compresseur centrifuge Avec une pression de suralimentation maxi de 08 bar lrsquoAlpina B5 a des performances identiques agrave celles de la BMW M5 (km deacutepart arrecircteacute en 223 s) elle consomme 3 agrave 4 litres100km de moins et elle dispose de lrsquoexcellente transmission automatique ZF 6HP32 au lieu de la boicircte robotiseacutee qui hache les acceacuteleacuterations de la M5

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Les compresseurs Rotrex sont entraicircneacutes par courroie et par un train planeacutetaire surmultiplicateur utilisant un fluide de traction pour transmettre le couple entre des surfaces lisses tout comme la CVT Extroiumld de NissanJatco et lrsquoIVT Torotrak Le rapport de surmultiplication est cependant fixe (75 ou 95 selon le modegravele) si bien que Rotrex suggegravere le montage drsquoun variateur entre le vilebrequin et lrsquoarbre du compresseur Sans cela il faut srsquoattendre agrave ce que le couple maxi soit percheacute pregraves du reacutegime nominal

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 25: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

eacutetant donneacute que la pression fournie par un compresseur centrifuge monte avec le carreacute de son reacutegime

Pour en savoir plus

La suralimentation par compresseur wwwrotrexeucom

Pompe agrave eau eacutelectrique ou deacutebrayable thermostats piloteacutes

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BMW monte une pompe agrave eau eacutelectrique sur les nouveaux 6 cylindres dont nous avons examineacute le bloc composite alu-magneacutesium Le reacutegime de la pompe est ainsi rendu indeacutependant de celui du moteur et son deacutebit peut donc ecirctre reacuteguleacute en fonction des besoins reacuteels de refroidissement du moteur De plus la pompe peut continuer agrave tourner si neacutecessaire apregraves lrsquoarrecirct moteur chaud pour eacuteviter une eacuteventuelle surchauffe de la culasse La puissance consommeacutee par la pompe nrsquoest que de 02 kW alors qursquoavec un entraicircnement conventionnel par le vilebrequin ce chiffre peut atteindre inutilement 2 kW

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 26: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Sur les nouveaux BMW-PSA 1600 la pompe agrave eau est deacutebrayable eacutetant entraicircneacutee par un galet reacutetractible qui srsquoappuie sur le dos de la courroie poly-V drsquoauxilliaires Les thermostats piloteacutes remplacent parfois les types agrave expansion thermique car cela permet drsquoajuster la tempeacuterature du liquide de refroidissement aux conditions de fonctionnement selon une cartographie preacutedeacutetermineacutee Par exemple sur le VW-Audi W12 en accroissant cette tempeacuterature agrave 105degC la consommation speacutecifique est diminueacutee tant que la pme est infeacuterieure agrave environ 6 bars A 2000 tmn sous 2 bars de pme une tempeacuterature accrue de 90 agrave 105degC permet un gain de 2 soit 366 gkWh au lieu de 374 Le gain peut atteindre 3 sous 1 bar de pme Au contraire agrave 4000 tmn sous pleine charge soit 11 bars de pme la consommation serait augmenteacutee de 25 avec le liquide agrave 105degC au lieu de 90degC

Injecteurs piezoeacutelectriques et injections multiples pour les diesels

Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

Cliquez pour agrandir Cliquez pour agrandir

Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Renault 20 dCi

Cliquez pour agrandir Lrsquoinjection pilote pour amorcer plus graduellement la combustion eacutetait deacutejagrave possible avec les pompes meacutecaniques gracircce agrave des injecteurs speacuteciaux (Audi 100 Tdi 1989 et VW Golf TD VW 1993) mais elle srsquoest vraiment geacuteneacuteraliseacutee et affineacutee avec lrsquoinjection par rampe commune qui a permis plusieurs injections par cycle

Deux preacute-injections diminuent fortement le bruit de combustion particuliegraverement agrave froid (Document Fiat)

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Deacutesormais les injecteurs pieacutezo-eacutelectriques commandeacutes par une eacutelectronique performante reacutepondent beaucoup plus vite que les injecteurs agrave soleacutenoiumldes car la masse mobile de leur aiguille est diviseacutee par 4 Cela permet dinjecter de plus petits volumes de carburant doseacutes encore plus exactement et ce jusquagrave 6 fois par cycle selon une cartographie complexe fonction de la charge et du reacutegime Quelque 400 eacuteleacutements en ceacuteramique empileacutes les uns sur les autres et se deacuteformant leacutegegraverement lorsquils sont soumis agrave une tension eacutelectrique commandent la leveacutee de laiguille

Document Renault

Cliquez pour agrandir Le gazole preacute injecteacute srsquoenflamme dans un air turbulent et chauffe la chambre de combustion preacuteparant ainsi lrsquoarriveacutee de lrsquoinjection principale qui srsquoenflammera elle sans deacutelai avant que beaucoup de carburant ne soit injecteacute La post-injection permet dobtenir une post-oxydation efficace des suies dans la chambre de combustion Lorsque crsquoest neacutecessaire une seconde post-injection tregraves tardive alimente la combustion pour augmenter momentaneacutement la tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement et brucircler les suies stockeacutees dans le filtre agrave particules

Soupapes disposeacutees en losange

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Une disposition des soupapes en losange avec conduits drsquoadmission tangentiels geacutenegravere une forte turbulence giratoire (swirl) de lrsquoair admis favorisant une dispersion plus intime des micro-gouttelettes de gasoil dans lrsquoair de combustion

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Pour le nouveau 20 dCi Renault a conserveacute une disposition des soupapes sur deux lignes mais en alternance drsquoune drsquoadmission et drsquoune drsquoeacutechappement par ligne chaque arbre agrave cames commandant 4 soupapes drsquoadmission et 4 drsquoeacutechappement

Une telle disposition a eacuteteacute adopteacutee par VW et Audi pour le 20 TDI ainsi que pour les V6 et V8 TDI

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Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

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De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

Page 30: volutions rcentes des moteurs d'automobile - amista.free.framista.free.fr/telechargement/documents/Evolutions_moteurs_auto.pdf · Page 14 : Turbosuralimentation séquentielle –

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Recirculation des gaz drsquoeacutechappement (EGR)

Systegraveme EGR du moteur VW-Audi 20 FSI

Cliquez pour agrandir Une partie des gaz drsquoeacutechappement peut ecirctre reacutecupeacutereacutee meacutelangeacutee agrave lrsquoair drsquoadmission et reconduite dans les chambres de combustion Cela permet de ralentir la combustion par une adjonction de gaz brucircleacutes contenant peu doxygegravene et remplaccedilant lair dans la charge admise Les tempeacuteratures de combustion sont abaisseacutees Etant donneacute que la formation drsquooxydes drsquoazotes (NOx) augmente de faccedilon exponentielle avec la tempeacuterature lrsquoEGR est un moyen particuliegraverement approprieacute pour diminuer les eacutemissions de NOx On peut obtenir un certain taux drsquoEGR soit

De faccedilon interne simplement en accroissant le croisement de lrsquoouverture des soupapes gracircce agrave un ou agrave des variateur(s) de calage des arbres agrave cames

Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

Cliquez pour agrandir Photo socieacuteteacute Anex

Miscellaneacutees et conclusion

Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Par un conduit externe reliant le collecteur drsquoeacutechappement agrave celui drsquoadmission et comprenant une vanne de controcircle du deacutebit

Bien entendu ces deux moyens ne srsquoexcluent pas mutuellement Les gaz drsquoeacutechappement recirculeacutes peuvent ecirctre avantagerefroidis dans un eacutechangeur ougrave circule drsquoautre part le liquide de refroidissement ce qui abaisse encore plus la tempeacuterature de

gaz reconduits dans la charge admise varie entre 0 et 30

usement

combustion Selon les conditions de fonctionnement et le type de moteur la proportion de

Echangeur thermique drsquoEGR sur le moteur Honda 22 CTDI

rsquoEGR est aujourdrsquohui standard sur tous les diesels en production En effet les eacutemissions

suies

e problegraveme est similaire pour les moteurs agrave injection directe drsquoessence fonctionnant en

ans un moteur turbosuralimenteacute lrsquoeacutechangeur de chaleur de lrsquoEGR est soumis non

doit

usqursquoagrave maintenant le recyclage des gaz drsquoeacutechappement a lieu lorsque le moteur chaud

es

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Lde NOx des moteurs diesels sont probleacutematiques car la combustion diesel a lieu en excegraves drsquoair Un certain taux drsquoEGR permet donc de diminuer la quantiteacute drsquooxygegravene preacutesente dansla chambre de combustion et limite de ce fait les possibiliteacutes de formation drsquooxydes drsquoazote Mais drsquoun autre cocircteacute insuffisamment drsquooxygegravene augmente la production deet il y a donc un compromis agrave faire Lcharge stratifieacutee dans lesquels un fort taux drsquoEGR limite aussi la production drsquooxydes drsquoazotes Dseulement agrave la haute tempeacuterature des gaz drsquoeacutechappement mais aussi agrave la pression reacutegnant dans lrsquoeacutechappement en amont de la turbine Le systegraveme de refroidissement par ailleurs faire face agrave une charge suppleacutementaire Jfonctionne en charge partielle Mais de nouvelles strateacutegies sont neacutecessaires pour que lesdiesels reacutepondent aux normes anti-pollution de plus en plus seacutevegraveres et un certain pourcentage drsquoEGR sera neacutecessaire mecircme sous pleine charge tout au moins pour lmoteurs de poids-lourds

Vanne EGR rotative drsquoun PSA-Ford 1600 HDITDCi

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Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

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Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Une liste exhaustive des reacutecentes innovations dans la construction des moteurs serait interminable et nous nrsquoavons pu que succinctement deacutecrire les principales Il faudrait encore ajouter

que le papillon drsquoadmission nrsquoest geacuteneacuteralement plus relieacute agrave la peacutedale drsquoacceacuteleacuterateur par un vulgaire cacircble mais commandeacute par un moteur eacutelectrique connecteacute par fil agrave un capteur de position sur ladite peacutedale

que des pompes agrave huile agrave deacutebit variable commencent agrave apparaicirctre que des capteurs controcirclent le niveau et la qualiteacute de lrsquohuile que divers traitements de surface reacuteduisent la friction et lrsquousure entre les pistons

et les parois des cylindres que lrsquoallumage se fait directement par des bobines individuelles logeacutees au dessus

de chaque bougie que le tout est geacutereacute par un boicirctier eacutelectronique qui controcircle en permanence chaque

cycle de chaque cylindre et une multitude de paramegravetres gracircce agrave une foule de capteurs

que certains moteurs peuvent encore fonctionner en mode deacutegradeacute par exemple en alternant sur la moitieacute des cylindres puis sur lrsquoautre si tout le liquide de refroidissement srsquoest videacute

que les 4 cylindres de plus de 18 litre sont souvent eacutequipeacutes drsquoarbres drsquoeacutequilibrages Lanchester

Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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quehellip et quehellip hellip et que drsquoautres innovations essentielles ont eacuteteacute deacutecrites dans nos dossiers

speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen

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Arbres drsquoeacutequilibrage Lanchester drsquoun GM Vortec

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speacutecifiques Moteur

Bref de machine relativement simple et facilement compreacutehensible qursquoil eacutetait il y a juste quelques deacutecennies le moteur de nos automobiles est devenu un engin ultra perfectionneacute et ultra complexe face auquel mecircme des professionnels compeacutetents demeurent trop souvent perplexe en cas de panne Crsquoest lagrave le revers de la meacutedaille aux faits que ce moteur nrsquoempeste plus lrsquoair ambiant comme son preacutedeacutecesseur drsquoil y a 25 ans et qursquoil consomme beaucoup moins Malheureusement ce dernier beacuteneacutefice a eacuteteacute quasiment annihileacute par lrsquoaugmentation consideacuterable du poids des voitures excepteacute en ce qui concerne les diesels qui ont eacuteteacute ameacutelioreacutes au-delagrave de toute espeacuterance

Auteur Franccedilois Dovat Lauteur remercie ing Seacutebastien Vermeiren pour ses remarques et suggestions

Sources Alpina Audi BMW Chevrolet Chrysler ContiTech Ford GM Honda Isuzu Mercedes PSA Renault Rotrex Toyota Volkswagen