Le moteur à combustion a encore de beaux jours devant lui, puisque Valeo innove avec la technologie E-Valve
Le principe est simple, actionner la commande des soupapes grâce à des bobines électromagnétiques, du coup bye bye le bon vieux arbre à cames
Elle diminue jusqu’à 20% la consommation de carburant et les émissions de CO2.
Un concept attractif
Dans le contexte de réchauffement climatique actuel, la réduction des émissions de CO2 est un challenge particulièrement ardu lancé par les gouvernements des grandes puissances mondiales à l’industrie automobile, et ce dans des délais relativement courts.
Le dispositif de commande électromagnétique des soupapes Valeo offre aux constructeurs la possibilité de réduire, de 15 à 20% sur un cycle mixte, les émissions et la consommation de leurs véhicules.
L’ouverture et la fermeture des soupapes ne sont plus opérées par un arbre à cames mais par une commande électromagnétique qui actionne chaque soupape individuellement et indépendamment de la position du vilebrequin ainsi que de celle des autres soupapes.
Cette totale liberté s’apparente à celle que procurerait une distribution variable ultrasophistiquée, donnant aux motoristes des possibilités de calage et de durée d’ouverture pratiquement illimitées. Toutefois la commande électromagnétique offre encore plus : l’indépendance de chaque soupape permet aisément la désactivation d’un certain nombre de cylindres, une fonctionnalité à fort potentiel sur le bilan écologique du moteur thermique.
Il devient ainsi envisageable de concevoir des moteurs très optimisés en fonction des besoins de puissance instantanée demandée par le conducteur, en utilisant différentes stratégies moteur, la désactivation de cylindres, le cycle Atkinson – Miller …
Cette flexibilité dans la commande des soupapes du moteur permet d’augmenter significativement le couple à bas régime, ce qui améliore l’agrément de conduite.
Un principe de fonctionnement simple
Chaque soupape est actionnée par deux ressorts et contrôlée par deux électro-aimants. Deux ressorts en opposition servent alternativement à fournir l’effort nécessaire pour ouvrir la soupape, l’autre pour la fermer. Les deux électro-aimants attirent une palette solidaire de la queue de soupape, l’inférieur pour contrôler l’ouverture de la soupape et le supérieur pour contrôler la fermeture. L’ensemble est commandé par une gestion électronique intégrant un convertisseur de tension 12/42 volts et un système de refroidissement.
Grâce à cette grande liberté d’ouverture des soupapes, le moteur n’a plus besoin de volet papillon à l’admission. Il n’y a donc plus de forte dépression pendant la phase d’admission lors des faibles demandes de puissance (effet de pompage) qui pénalise la consommation.
Le régime de ralenti peut aussi de ce fait être abaissé. Les motoristes ont aussi un très large choix de réglages favorisant à la fois le couple à bas régime, la puissance et la réduction des gaz. La désactivation de certains cylindres par la fermeture momentanée de leurs soupapes permet aux cylindres actifs de travailler dans une zone d’utilisation plus économique. Toutes ces nouvelles possibilités offrent une réduction de la consommation et des émissions de CO2 de 15 à 20%. Qui plus est, la désactivation de certains cylindres par la fermeture momentanée de leurs soupapes permet aux cylindres actifs de travailler sous une charge supérieure et donc dans une plage d’utilisation plus économique.
La commande électromagnétique en détail
Une commande électromagnétique (E-Valve) est composée d’un bloc de 2 actionneurs, un par paire de soupapes. Le mouvement de la soupape est réalisé par deux électro-aimants jouant sur la libération de l’énergie de deux ressorts. Au début de l’opération d’ouverture, la soupape est libérée par l’électro-aimant supérieur. Le ressort supérieur se détend et lance la descente de la soupape. L’électro-aimant inférieur attire la palette, comprime le ressort inférieur jusqu’en fin de course et maintient la soupape ouverte le temps nécessaire. La méthode de fermeture de la soupape est identique. Elle restera ensuite fermée par un système de verrouillage, sans que les électro-aimants ne consomment de courant électrique. Les soupapes restent aussi fermées lorsque le moteur est à l’arrêt. Le dispositif est rendu silencieux par un ralentissement de la vitesse de la soupape à l’approche de leur fin de course inférieure et supérieure.
Refroidi par le circuit de refroidissement du moteur, le boîtier de gestion électronique VCU (Valve Control Unit) fonctionne sous 12 volts. Il est néanmoins doté d’un convertisseur de tension afin d’alimenter les électro-aimants sous 42 volts.
La totale liberté du profil d’ouverture des soupapes permet un calage et une durée d’ouverture infiniment variables, de même que la déconnexion de quelques cylindres. De plus, relativement à une commande par cames, l’ouverture et la fermeture plus rapide des soupapes à bas régime contribue à la réduction des pertes par pompage. Outre l’amélioration du rendement thermodynamique et du couple, il est aussi possible d’utiliser plusieurs stratégies telles que lepassage momentané à un cycle Miller, l’accélération de la vitesse d’entrée des gaz par l’ouverture d’une seule soupape d’où la réduction de la formation de gaz polluants.
Les essais actuels sur des véhicules prototypes portent principalement sur la commande des soupapes d’admission (Half Camless), qui apporte la majeure partie des gains et offre un compromis coût/bénéfice extrêmement intéressant.
Les avantages pour le constructeur
La commande électromagnétique des soupapes Valeo E-Valve constitue une évolution technologique majeure du moteur à combustion interne, une avancée qui offre un grand nombre d’avantages aux constructeurs :
Les pertes par pompage peuvent être pratiquement réduites à zéro, ce qui améliore le rendement et permet d’abaisser le régime de ralenti
Le motoriste dispose d’un choix quasi infini de lois d’ouverture des soupapes, d’où une influence favorable sur :
- le couple, notamment à bas régime
- les émissions de NOx et HC
- la facilité de recyclage des gaz d’échappement
Le dispositif offre de très grandes possibilités d’adaptation :
- sur une large gamme de cylindrées
- sur les moteurs à essence à injection indirecte ou directe, atmosphériques ou suralimentés, voire fortement suralimentés
- sur les moteurs existants, donc déjà en production avec une distribution conventionnelle par arbre à cames
La déconnexion des cylindres permet une augmentation du rendement sous faible charge
Si la commande électromagnétique est appliquée à l’admission et à l’échappement, la partie mécanique est simplifiée en raison de l’absence de courroie ou de chaîne de distribution, d’arbre(s) à cames, d’éléments suiveurs de came
Les avantages pour l’utilisateur
Le client bénéficie d’un moteur plus économique grâce à la réduction de la consommation et d’éventuelles taxes liées aux émissions de CO2 mais aussi d’une amélioration de l’agrément de conduite par une augmentation du couple à bas régime.
La consommation est réduite de 15 à 20%.
Les émissions de CO2 sont réduites de 15 à 20%.
Le couple à bas régime est augmenté de 15 à 20%.
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