Mise au point précise du rendement du moteur à l'aide du réglage de distribution variable

Puisque les normes d'émission deviennent de plus en strictes, les véhicules sont maintenant munis de dispositifs pour diminuer les polluants allant du convertisseur catalytique à la recirculation des gaz d'échappement (RGÉ) et au réglage de distribution variable (WT). Plusieurs de ces innovations ont focalisé uniquement sur les émissions; toutefois, le réglage de distribution variable propose une façon d'aider à contrôler les principaux polluants tout en augmentant le couple et la puissance par le biais d'un contrôle plus précis du fonctionnement du moteur. (Fig. 1)

À des températures de la chambre de combustion du moteur supérieures à 2500°F, l'azote se mélange à l'oxygène pour former des oxydes d'azote (NOx), un facteur important de smog. Parce que chaque cylindre développe des températures bien au-delà de ce niveau, un des objectifs des constructeurs automobiles est la réduction des températures de combustion. 

L'utilisation d'une soupape de RGÉ constituait une méthode de départ pour réduire la formation des NOx. Le gaz d'échappement est réintroduit dans la tubulure d'admission à travers une soupape, diluant ainsi la charge d'admission et réduit efficacement les températures de la chambre de combustion et la formation de NOx. Un effet secondaire de l'introduction de RGÉ externe pour réduire les NOx est qu'elle cause l'augmentation des niveaux d'hydrocarbure (HC).

RGÉ interne

Une méthode plus efficace de contrôler les émissions est d'augmenter l'admission et le chevauchement de la soupape d'échappement, une version de RGÉ interne. Le chevauchement de la soupape fait référence à la durée de temps du fonctionnement d'un moteur quatre cylindres lorsque les soupapes d'admission et d'échappement sont toutes deux ouvertes. Une inversion se produit dans le cylindre quand que le piston se déplace vers le bas alors que les deux valves sont ouvertes. Le gaz d'échappement est ramené dans le cylindre, simulant une fonction de RGÉ. La possibilité de contrôler la durée de cet événement peut substantiellement réduire les NOx. Les niveaux d'HC sont aussi réduits en rebrûlant l'étape finale de l'événement d'échappement qui est riche en hydrocarbures. Toutefois, le fait de mette les arbres à cames en position permanente de chevauchement augmenté pourrait affecter le rendement au point mort et à bas régime. Plus élevé est le chevauchement, plus bas sont les niveaux de dépression de tubulure d'admission.

Des arbres à cames fixes transigent entre un ralenti en douceur, un couple avec faible régime du moteur et un régime du moteur élevé. Une distribution variable de l'arbre à cames s'adapte aux besoins parfois divergents en matière d'alimentation, de motricité, d'économie et de contrôle des émissions.

Le réglage de distribution variable utilise un dispositif de mise en phase de cames pour modifier dynamiquement les événements de réglage de distribution relatifs au réglage du piston en contrôlant l'arbre à cames. Ceci permet la modification de la position de l'arbre à cames, selon le besoin. À une charge de moteur au ralenti ou bas régime, le chevauchement est minimal ce qui améliore la qualité du ralenti. À une charge et une vitesse de moteur plus élevées, le chevauchement est augmenté ce qui permet la réduction des émissions.

Le dispositif de mise en phase de cames permet au module de commande du groupe motopropulseur (PCM) de modifier la relation de l'arbre à cames relativement au vilebrequin, ce qui permet un meilleur contrôle sur les émissions et le rendement.

Dispositif de mise en phase de cannelure

Les anciens dispositifs de mise de cames qui utilisaient un piston interne qui est relie à l'arbre à l'arbre à cames d'échappement et la roue dentée du dispositif de mise en phase de cames au moyen de cannelures hélicoïdales, formant une liaison mécanique. Le mouvement de pivot du dispositif de mise en phase de cames (ou positionneur de l'arbre à cames d'échappement) se produit via la pression d'huile appliquée par une électrovalve de commande d'huile dans le piston d'actionneur dans le moyeu dans le pignon de vilebrequin.

 Une soupape de commande commandée par le PCM gère la pression de l'huile se rendant au piston interne du dispositif de mise en phase de cames. Le piston interne chevauche sur les cannelures hélicoïdales, faisant tourner l'engrenage du dispositif de mise en phase de came et de l'arbre à cames à l'opposé, modifiant ainsi le calage de distribution.

 Un ressort à l'intérieur du dispositif de mise en phase de came retient le piston en position avancée (0 °) lorsqu'aucune pression d'huile n'est appliquée. Ainsi, le moteur peut être démarré et peut tourner pendant que la came se trouve en position d'arrêt. Lorsque la mise en phase de came est désirée, le PCM peut retarder la position de came jusqu'à 25 ° en faisant varier la pression d'huile au piston par le biais de la soupape de commande.. (Fig. 2) 

Dispositif de mise en phase à aube

Sur certain modèles de moteur à deux cames, les systèmes de distribution à variation constante (VVT) plus récents utilisent des dispositifs de mise en phase à aube sur chaque arbre à cames. À l'intérieur de l'ensemble d'actionneur de type à aubes se trouvent un rotor et un stator qui ne sont pas mécaniquement liés l'un à l'autre. Plutôt, la pression d'huile est contrôlée sur les deux côtés des aubes du rotor, ce qui crée un lien hydraulique avec le stator. En variant l'équilibre de la pression d'huile sur les deux côtés des aubes, la position de la came peut être étagée. (Fig. 3) 

Au ralenti, les cames d'échappement fonctionnent pleinement, pour un minimum de chevauchement des soupapes. L'optimisation du chevauchement des soupapes élimine le besoin d'un système de RGÉ et d'un système d'injection d'air secondaire (AIR) distincts.

Les arbres à cames sont entraînés par une chaîne à rouleaux. Un tendeur hydraulique garde la tension appropriée sur la chaîne, même lorsqu'elle s'étire en raison du kilométrage (ce qui est normal pour toutes les chaînes), permettant ainsi d'éliminer les remplacements ou les réglages périodiques. Les cames fonctionnent directement sur des poussoirs à came à galet, qui activent les soupapes.

Un ressort de rappel est logé sous la roue à réluctance de l'actionneur pour aider à la maintenir à la position 0 ° (arrêt). L'actionneur a deux cavités pour permettre à l'huile de circuler pour retarder ou avancer le calage. La soupape de commande d'huile (OCV) du capteur de vitesse du véhicule (PWM) contrôle quelle cavité reçoit l'huile pressurisée. (Fig. 4) 

New vane phaser systems feature an electromagnetic coil situated on the oil control valve, mounted directly on the front of the camshaft. 

Arbres à cames d'admission

Les avantages de la mise en phase de came d'échappement se traduisent par la réduction des émissions et une plus grande économie de carburant ; toutefois, la mise en phase de came d'admission fournit un couple à bas régime et une puissance à haut régime (Fig. 5) 

Plutôt que de déplacer la came d'admission pour affecter le chevauchement dans la course d'échappement, la fermeture de l'admission est retardée au bas de la course d'admission. À des vitesses réduites, une soupape d'admission ouverte pendant les quelques premiers degrés de compression peut causer l'expulsion de l'air de la soupape d'admission lorsque le piston se déplace vers le haut. Mais à des vitesses plus élevées, la soupape d'admission ouverte permet à l'air qui circulait dans le cylindre de continuer à entrer sous le momentum que la charge d'air a acquis. Le résultat se traduit par un plus important rendement volumétrique du cylindre.