Qu'est-ce que le calage des soupapes et comment ils fonctionnent

La conception du moteur à quatre temps, qui fonctionne sur le principe de la libération d'énergie lors de la combustion d'un mélange de carburant et de carburant, comprend un mécanisme important, sans lequel l'unité ne peut pas fonctionner. Il s'agit d'un mécanisme de synchronisation ou de distribution de gaz.

Dans la plupart des moteurs standard, il est installé dans la culasse. Plus de détails sur la structure du mécanisme sont décrits dans article séparé... Concentrons-nous maintenant sur ce qu'est le calage des soupapes, ainsi que sur la façon dont son travail affecte les indicateurs de puissance du moteur et son efficacité.

Qu'est-ce que le calage des soupapes du moteur

En bref sur le mécanisme de chronométrage lui-même. Le vilebrequin par une transmission par courroie (dans de nombreux moteurs à combustion interne modernes, une chaîne est installée au lieu d'une courroie caoutchoutée) est connecté à arbre à cames. Lorsque le conducteur démarre le moteur, le démarreur actionne le volant. Les deux arbres commencent à tourner de manière synchrone, mais à des vitesses différentes (en gros, en un tour d'arbre à cames, le vilebrequin fait deux tours).

Il y a des cames spéciales en forme de gouttelettes sur l'arbre à cames. Lorsque la structure tourne, la came pousse contre la tige de soupape à ressort. La soupape s'ouvre, permettant au mélange carburant / air de pénétrer dans le cylindre ou d'évacuer l'échappement dans le collecteur d'échappement.

La phase de distribution de gaz est précisément le moment où la vanne commence à ouvrir l'entrée / sortie avant le moment où elle est complètement fermée. Chaque ingénieur travaillant sur le développement d'une unité de puissance calcule la hauteur d'ouverture de la vanne, ainsi que la durée pendant laquelle elle restera ouverte.

Influence du calage des soupapes sur le fonctionnement du moteur

Selon le mode de fonctionnement du moteur, la distribution de gaz doit démarrer plus tôt ou plus tard. Cela affecte l'efficacité de l'unité, son économie et son couple maximal. En effet, l'ouverture / la fermeture en temps opportun des collecteurs d'admission et d'échappement est essentielle pour tirer le meilleur parti de l'énergie libérée lors de la combustion du système CVC.

Si la soupape d'admission commence à s'ouvrir à un moment différent lorsque le piston effectue la course d'admission, un remplissage inégal de la cavité du cylindre avec une portion d'air frais se produira et le carburant se mélangera pire, ce qui conduira à une combustion incomplète du mélange.

Quant à la soupape d'échappement, elle doit également s'ouvrir au plus tôt au moment où le piston occupe le point mort bas, mais au plus tard après le début de sa course ascendante. Dans le premier cas, la compression chutera et avec elle le moteur perdra de la puissance. Dans le second, les produits de combustion avec une vanne fermée créeront une résistance pour le piston, qui a commencé à monter. Il s'agit d'une charge supplémentaire sur le mécanisme de manivelle, qui peut endommager certaines de ses pièces.

Pour un fonctionnement adéquat de l'unité motrice, un calage des soupapes différent est nécessaire. Pour un mode, il est nécessaire que les vannes s'ouvrent plus tôt et se ferment plus tard, et pour les autres, vice versa. Le paramètre de chevauchement est également d'une grande importance - si les deux vannes seront ouvertes simultanément.

La plupart des moteurs standard ont une synchronisation fixe. Un tel moteur, selon le type d'arbre à cames, aura une efficacité maximale soit en mode sport, soit avec une conduite mesurée à bas régime.

Aujourd'hui, de nombreuses voitures du segment moyen et haut de gamme sont équipées de moteurs dont le système de distribution de gaz peut modifier certains paramètres d'ouverture des soupapes, ce qui permet un remplissage et une ventilation de haute qualité des cylindres à différentes vitesses de vilebrequin.

Voici comment le chronométrage doit être effectué à différents régimes moteur:

1. La marche au ralenti nécessite des phases dites étroites. Cela signifie que les vannes commencent à s'ouvrir plus tard et que l'heure de leur fermeture, au contraire, est précoce. Il n'y a pas d'état ouvert simultané dans ce mode (les deux vannes ne seront pas ouvertes simultanément). Lorsque la rotation du vilebrequin est de peu d'importance, pendant le chevauchement de phase, les gaz d'échappement peuvent entrer dans le collecteur d'admission et un certain volume du VTS dans l'échappement.
2. Le mode le plus puissant - il nécessite de larges phases. Il s'agit d'un mode dans lequel, en raison de la vitesse élevée, les vannes ont une position ouverte plus courte. Cela conduit au fait que lors de la conduite sportive, le remplissage et la ventilation des cylindres sont mal effectués. Pour remédier à la situation, le calage des soupapes doit être modifié, c'est-à-dire que les soupapes doivent être ouvertes plus tôt et leur durée dans cette position doit augmenter.

Lors du développement de la conception de moteurs à calage variable des soupapes, les ingénieurs prennent en compte la dépendance du moment d'ouverture des soupapes sur la vitesse du vilebrequin. Ces systèmes sophistiqués permettent au moteur d'être aussi polyvalent que possible pour différents styles de conduite. Grâce à ce développement, l'unité présente un large éventail de possibilités:

• À bas régime, le moteur doit être filandreux;
• Lorsque le régime augmente, il ne doit pas perdre de puissance;
• Quel que soit le mode de fonctionnement du moteur à combustion interne, l'économie de carburant, et avec elle le respect de l'environnement du transport, doit avoir le niveau le plus élevé possible pour une unité particulière.

Tous ces paramètres peuvent être modifiés en remplaçant la conception des arbres à cames. Cependant, dans ce cas, le rendement du moteur n'aura sa limite que dans un mode. Que diriez-vous que le moteur peut changer le profil de lui-même en fonction du nombre de tours du vilebrequin?

Calage variable des soupapes

L'idée même de changer le temps d'ouverture de la vanne pendant le fonctionnement du groupe motopropulseur n'est pas nouvelle. Cette idée apparaît périodiquement dans l'esprit des ingénieurs qui développent encore des moteurs à vapeur.

Ainsi, l'un de ces développements s'appelait un engrenage Stevenson. Le mécanisme a changé l'heure de la vapeur entrant dans le cylindre de travail. Le régime a été appelé "coupe à la vapeur". Lorsque le mécanisme s'est déclenché, la pression a été redirigée en fonction de la conception du véhicule. Pour cette raison, en plus de la fumée, les anciennes locomotives à vapeur émettaient également des bouffées de vapeur lorsque le train s'arrêtait.

Le travail de changement de calage des soupapes a également été réalisé avec des unités aéronautiques. Ainsi, un modèle expérimental du moteur V-8 de la société Clerget-Blin d'une capacité de 200 chevaux pourrait modifier ce paramètre du fait que la conception du mécanisme incluait un arbre à cames coulissant.

Et sur le moteur Lycoming XR-7755, des arbres à cames ont été installés, dans lesquels il y avait deux cames différentes pour chaque soupape. L'appareil avait un entraînement mécanique et a été activé par le pilote lui-même. Il pouvait choisir l'une des deux options selon qu'il avait besoin de prendre l'avion dans le ciel, de s'éloigner de la poursuite ou simplement de voler économiquement.

En ce qui concerne l'industrie automobile, les ingénieurs ont commencé à réfléchir à l'application de cette idée dans les années 20 du siècle dernier. La raison en était l'émergence de moteurs à grande vitesse installés sur les voitures de sport. L'augmentation de la puissance de ces unités avait une certaine limite, bien que l'unité puisse être déroulée encore plus. Pour que le véhicule ait plus de puissance, au début, seul le volume du moteur a été augmenté.

Le premier à introduire le calage variable des soupapes fut Lawrence Pomeroy, qui travaillait comme concepteur en chef pour la société automobile Vauxhall. Il a créé un moteur dans lequel un arbre à cames spécial a été installé dans le mécanisme de distribution de gaz. Un certain nombre de ses cames avaient plusieurs jeux de profils.

Le type H de 4.4 litres, en fonction de la vitesse du vilebrequin et de la charge qu'il subit, pourrait déplacer l'arbre à cames le long de l'axe longitudinal. Pour cette raison, l'heure et la hauteur des vannes ont été modifiées. Étant donné que cette partie avait des limitations de mouvement, le contrôle de phase avait également ses limites.

Porsche a également été impliqué dans une idée similaire. En 1959, un brevet est délivré pour les "cames oscillantes" de l'arbre à cames. Cette évolution était censée modifier la levée de soupape, et en même temps, le temps d'ouverture. Le développement est resté au stade de projet.

Le tout premier mécanisme de contrôle du calage des soupapes fonctionnel a été développé par Fiat. L'invention a été développée par Giovanni Torazza à la fin des années 60. Le mécanisme utilisait des poussoirs hydrauliques, qui modifiaient le point de pivot du poussoir de soupape. L'appareil fonctionnait en fonction de la vitesse du moteur et de la pression dans le collecteur d'admission.

Cependant, la première voiture de production avec des phases GR variables était d'Alfa Romeo. Le modèle Spider de 1980 a reçu un mécanisme électronique qui change de phase en fonction des modes de fonctionnement du moteur à combustion interne.

Façons de modifier la durée et la largeur de la distribution des soupapes

Aujourd'hui, il existe plusieurs types de mécanismes qui modifient le moment, l'heure et la hauteur d'ouverture de la vanne:

1. Dans sa forme la plus simple, il s'agit d'un embrayage spécial qui est installé sur l'entraînement du mécanisme de distribution de gaz (déphaseur). Le contrôle est effectué grâce à l'effet hydraulique sur le mécanisme exécutif, et le contrôle est effectué par l'électronique. Lorsque le moteur tourne au ralenti, l'arbre à cames est dans sa position d'origine. Dès que le régime augmente, l'électronique réagit à ce paramètre et active l'hydraulique, qui fait légèrement tourner l'arbre à cames par rapport à la position initiale. Grâce à cela, les vannes s'ouvrent un peu plus tôt, ce qui permet de remplir rapidement les cylindres avec une portion fraîche de BTC.
2. Modification du profil de came. C'est un développement que les automobilistes utilisent depuis longtemps. Le montage d'un arbre à cames avec des cames non standard peut permettre à l'unité de fonctionner plus efficacement à un régime plus élevé. Cependant, de telles mises à niveau doivent être effectuées par un mécanicien compétent, ce qui entraîne de gros gaspillages. Dans les moteurs équipés du système VVTL-i, les arbres à cames ont plusieurs jeux de cames avec des profils différents. Lorsque le moteur à combustion interne tourne au ralenti, les éléments standard remplissent leur fonction. Dès que le régime du vilebrequin dépasse la barre des 6, l'arbre à cames se déplace légèrement, ce qui entraîne un autre jeu de cames. Un processus similaire se produit lorsque le moteur tourne jusqu'à 8.5 mille et que le troisième jeu de cames commence à fonctionner, ce qui élargit encore les phases.
3. Modification de la hauteur d'ouverture de la vanne. Ce développement vous permet de changer simultanément les modes de fonctionnement de la distribution, ainsi que d'exclure le papillon des gaz. Dans de tels mécanismes, une pression sur la pédale d'accélérateur active un dispositif mécanique qui influence la force d'ouverture des soupapes d'admission. Ce système réduit la consommation de carburant d'environ 15 pour cent et augmente la puissance de l'unité du même montant. Dans les moteurs plus modernes, on n'utilise pas un analogue mécanique, mais un analogue électromagnétique. L'avantage de la deuxième option est que l'électronique est capable de changer plus efficacement et en douceur les modes d'ouverture de la vanne. La hauteur de levage peut être presque idéale et les heures d'ouverture peuvent être plus larges qu'avec les versions précédentes. Un tel développement dans le but d'économiser du carburant peut même éteindre certains cylindres (ne pas ouvrir certaines vannes). Ces moteurs activent le système lorsque la voiture s'arrête, mais le moteur à combustion interne n'a pas besoin d'être éteint (par exemple, à un feu de circulation) ou lorsque le conducteur ralentit la voiture à l'aide du moteur à combustion interne.

Pourquoi changer le calage des soupapes

L'utilisation de mécanismes modifiant le calage des soupapes permet:

• Il est plus efficace d'utiliser la ressource de l'unité motrice dans différents modes de son fonctionnement;
• Augmentez la puissance sans avoir besoin d'installer un arbre à cames personnalisé;
• Rendre le véhicule plus économique;
• Assurer un remplissage et une ventilation efficaces des bouteilles à grande vitesse;
• Augmentez le respect de l'environnement du transport grâce à une combustion plus efficace du mélange air-carburant.

Étant donné que différents modes de fonctionnement du moteur à combustion interne nécessitent leurs propres paramètres de calage des soupapes, en utilisant les mécanismes de changement du FGR, la machine peut correspondre aux paramètres idéaux de puissance, de couple, de respect de l'environnement et d'économie. Le seul problème qu'aucun fabricant ne peut résoudre à ce jour est le coût élevé de l'appareil. Comparé à un moteur standard, un analogique équipé d'un mécanisme similaire coûtera presque deux fois plus cher.

Certains automobilistes utilisent des systèmes de distribution variable des soupapes pour augmenter la puissance de la voiture. Cependant, avec l'aide d'une courroie de distribution modifiée, il est impossible d'extraire le maximum de l'unité. En savoir plus sur les autres possibilités ici.

En conclusion, nous proposons une petite aide visuelle sur le fonctionnement du système de distribution variable des soupapes:

Système de distribution variable des soupapes utilisant l'exemple du CVVT

Questions et réponses

Quel est le calage des soupapes ? C'est le moment où la vanne (entrée ou sortie) s'ouvre/se ferme. Ce terme est exprimé en degrés de rotation du vilebrequin du moteur.

ЧQu'est-ce qui affecte le calage des soupapes? Le calage des soupapes est affecté par le mode de fonctionnement du moteur. S'il n'y a pas de déphaseur dans la synchronisation, l'effet maximal n'est obtenu que dans une certaine plage de révolutions du moteur.

A quoi sert le chronogramme des soupapes ? Ce diagramme montre l'efficacité du remplissage, de la combustion et du nettoyage dans les cylindres à une plage de régime spécifique. Il vous permet de sélectionner correctement le calage des soupapes.