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Intérêts et enjeuxde la
distribution variable
UTILISATION RATIONNELLE DE L'ENERGIE DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE
ET ENVIRONNEMENT8ème Cycle de conférences
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Introduction
Méthodes
�
Conclusions
Intérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variable
Réalisations
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Quelques dates: 1876 : Premier moteur à allumage commandé :
Nikolaus Otto et Beau de Rochas
1893: Premier moteur à allumage par compressionRudolph Diesel
1902: Un premier brevet sur un système de distribution variableLouis Renault
1954: Apparition du premier déphaseur en production de sérieVCP – Alfa Romeo
1989: Apparition en série du système VTEC Honda
1990-2000: "Explosion" de solutions de moteurs à distribution variable
2001: Le premier moteur sans papillon de gaz en sérieValvetronic-Vanos – BMW
2010-2015: Prévision: production en série de la distribution électromagnétique
IntroductionIntroductionIntroduction
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Plage de fonctionnement du moteur d’automobile
IntroductionIntroductionIntroduction
Source AVL
Source IFP
surcycle de conduite
NEDC
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Distribution fixe
Lois de levée réelles Loi de levée idéale
IntroductionIntroductionIntroduction
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Distribution variable
Variation du moment de OA(soit précoce, soit tardive)
+Variation de la levée
Variation du moment de FA(soit précoce, soit tardive)
+Variation de la levée
Variation de la levéeVariation combinée dela levée et de la durée
IntroductionIntroductionIntroduction
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Distribution variableImplications - Avantages
LA DIAGRAMME DE DISTRIBUTION
Pompage Remplissage
COMBUSTION
Turbulence
Homogénéisation
Rendement Pollution Puissance
IntroductionIntroductionIntroduction
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Dégradation énergétique
Inconvénients:Pertes par pompage
Réduction du rapport réel de compression
IntroductionIntroductionIntroduction
LE CONTRÔLE PAR "VANNAGE"
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LE CONTRÔLE PAR "REMPLISSAGE"
Cycle
Miller - Atkinson
IntroductionIntroductionIntroduction
Early Intake Valve Closing – Late Intake Valve Closing+
Variable intake Valve Lift
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�
Introduction
Méthodes
Conclusions
Réalisations
Intérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variable
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Rôle:Modification d’ouverture des soupapes d’admission et/ou d’échappement sans altérer leurs durées
But:Améliorer:- la dépollution- la consommation- les performances
1. Déphaseurs
Bénéfices
EGR interne Remplissage optimal sur une
plus grande plage de régime
Diminution des pertes par pompage
Stabilité du ralenti
Contrôle réponse Turbo
enrégimes transitoires
MéthodesMéthodesMéthodes
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DEPHASEURS
AubesRenaultToyota
RampehélicoïdaleAlfa Romeo
PeugeotHonda
ChaînePorscheSubaru
Min-Max(commutable)
En continu
Electro-hydrauliquepar UCE injection
Electriquepar UCE injection
AdmissionDOHCRenault
MercedesAlfa Romeo
AdmissionÉchappement
ÉchappementDOHC
GM
Dual VVTDOHCBmwLexus
SOHCHonda
MitsubishiRenault
OHVGM
Construction FonctionnementPosition
Pilotage
MéthodesMéthodesMéthodes
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HondaVTEC-E, i-VTEC
ToyotaVVTLi
MitsubishiMIVEC
PorscheVarioCAM
AudiValvelift
2. LEVEE ET DUREE VARIABLES
Commutables En continu
BmwValvetronic - Vanos
NissanVEL
DelphiVVA
HondaAdvanced VTEC
Fiat – INAUniAir
MéthodesMéthodesMéthodes
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DISTRIBUTION VARIABLE - Cahier des charges
1. Pièces caractérisées par une complexité acceptab le.
4. Énergie réduite nécessaire à l’entraînement de l a distribution
3. Cinématique stable cycle par cycle et cylindre p ar cylindre
5. La capacité de désactivation des soupapes et à l a limite la désactivation des cylindres
2. Adaptation aux différentes architectures de cula sses. Encombrement acceptable
7. Sans maintenance pendant tout la durée de vie
8. Surcoût acceptable
6. Très bon temps de réponse
MéthodesMéthodesMéthodes
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�
Introduction
Méthodes
Conclusions
Réalisations
Intérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variable
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Groupe 1:
DÉPHASEURSVariable Cam Phaser
Fonctionnalité:
Décalage maximum entre les arbres de distribution e t le vilebrequin: 40 – 50°VTemps de réponse: 300 – 400 ms
Gains:
Augmentation du couple moteur 6 à 10% et de la puis sance 5%Réduction du ralenti d’environ 7%Dépollution: NOx 40% et HC 25%
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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RéalisationsRéalisationsRéalisationsDéphaseur à rampe hélicoïdale
Pilotage
Electro-hydraulique par UCE Injection en fonction de s paramètres moteur
Constructeurs:PSA, Mercedes, Ford, GM, BMW, Porsche etc.
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RéalisationsRéalisationsRéalisationsDéphaseur à aubes
Constructeurs:Renault, Toyota etc.
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Déphaseur piloté électriquementLexus LS 460, modèle 2006, moteur V8
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Gains
Amélioration du démarrage moteur et de la montée en températureFonctionnement même à partir du ralenti
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Groupe 2:
LEVEE ET DUREE VARIABLESVariable Valve Timing and Lift
Systèmes commutables (tout ou rien)
Système à variation en continu
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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Honda VTECVariable valve Timing and lift Electronic Control
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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RéalisationsRéalisationsRéalisationsHonda VTEC-i 3 stages = VTEC 3 stages + déphaseur
Honda Civic IMA Hybrid
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Toyota VVTLiVariable Valve Timing and Lift with intelligence
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Temps de glissement du verrou 20 ms
Gain de couple de 22% pour les régimes au dessus de 6000 tr/min
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Mitsubishi MIVECMitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control
.
SOHC
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Performances semblable au moteur IDE et stratificat ion de la charge
Diminution de la pollution de 25% par rapport aux l imites de la législation japonaise
Gain de consommation de 30% pour le ralenti et de16 % en mode ville pour le MIVEC MD
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Porsche Variocam Plus
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Levée mini 3,6 mm
Levée maxi 11 mm
Variation du moment d’ouverture 40°V
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Porsche Variocam Plus
Économie de carburant de 13 % etDiminution des HC d’environ 45% pour le ralenti
Augmentation de la stabilité de la combustionen faible régime et charge partielle
Gain des performances de 13,5 % pour le couple maxi mum
Une dépollution remarquable rapportée à EURO IV:54% HC, 30% CO, 24% NOx
Le passage entre les deux modes de fonctionnement nécessite 60 ms
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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Audi Valvelift
Levée maxi = 11 mm, Levée moyenne = 5.7 mm, Levée m ini = 2 mm
Temps de réponse = 1 cycle moteur
Course axiale de la douille = 7 mm
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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BMW Valvetronic
Apparition en 2001 : BMW 316Le premier moteur en série sans papillon de gaz !
Levée = 0,3 ÷ 9,7 mm
Variation OA = 60°RAC
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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BMV Valvetronic
Réduction importante des pertes par pompage par la stratégie EIVC
Économie de carburant: 30% au ralenti et sur NEDC ≈ 15% pour le moteur 1.8 l
Dépollution: Euro IV pour λ = 1 et TWC
Temps de réponse de 300 ms entre levée mini et maxi
Le levier nécessite une grande précision : 8 µm
Bonne réponse du moteur à l’accélération
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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Nissan VELVariable Valve Event and Lift
Mécanisme desmodromique
Levée mini = 1,4 mm Durée mini = 120 °VLevée maxi = 11,1 mm Durée maxi = 280°V
Économie de carburant d’environ 10 % conforme au cycle urbain japonaisDiminution de 75% pour HC en démarrage à froid par la stratégie LIVO en utilisant un déphaseur
Régime maximum du moteur à 7200 tr/minDiminution d’environ 70% d’énergie à l’entraînement de l’arbre à cames dans des faibles régimes
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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Delphi
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Levée = 0 - 9 mmDurée = 0 – 260 °VDéphasage angle levée maxi = 0 - 80 °V
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Delphi
Économie de carburant d’environ 12% pour une fonctionnement à λ = 1
Augmentation du couple moteur de 11% pour certains points de fonctionnement
Temps de réponse de 300 ms entre 0 et 9 mm levée de soupape
Diminution d’énergie à l’entraînement de l’arbre cames sur les faibles régimes
Le gabarit de culasse n’est pas affecté
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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Advanced VTEC - HondaVariable valve Timing and lift Electronic Control
1. Ensemble levier,2. Culasse,3. Soupape,4. Siége de soupape,5. Ressort,6. Tulipe de soupape,7. Came d’admission,8. Arbre à cames,9. Culbuteur à rouleau,10. Levier à rouleau,11. Cylindre oscillant,12. Pièce intermédiaire,20. Articulation du levier,21. et 22. Rouleau,24. et 25. Engrenage,32. Rampe de culbuteurs
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Stratégie EIVC ( par déphaseur)Économie de carburant ~ 13%Dépollution ULEV
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HARA VVLTVariable Valve Lift and Timing
RéalisationsRéalisationsRéalisations
OHV OHC
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HARA VVLTVariable Valve Lift and Timing
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Ralenti stable à 600 tr/minGain de consommation de carburant au ralenti ~ 30 %
Possibilité de contrôle du moteur en l’absence du papillon de gazDiminution d’énergie à l’entraînement de l’arbre à cames dans les faibles régimes
Mas
se r
édui
te
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PATTAKON CVVAContinuously Variable Valve Actuation
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Ralenti stable entre 350 - 750 tr/minRégime maxi 7000 tr/min
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Fiat UniAir
RéalisationsRéalisationsRéalisations
Régime maximum de fonctionnement environ 7000 tr/minGain de consommation de carburant 13%Contrôle de la charge cylindre par cylindre
Diminution d’énergie à l’entraînement de l’arbre à cames dans les faibles régimes
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RéalisationsRéalisationsRéalisations
Pression d’huile maximale 150 - 200 barPossibilités de fonctionnement avec différentes lois de distribution (polynomiales, trapézoïdale, triangulaire)
Possibilités d’ouvertures multiples sur cyclePossibilité de désactivation des soupapes et à la limite des cylindres
CAMLESSDistribution électrohydraulique - HVA
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CAMLESSDistribution électromagnétique – EVA
Tension d’alimentation 36 – 42 VTemps de commutation entre ouverture et fermeture de soupapes d’environ 3 ms
Possibilité de désactivation des soupapes et à la limite des cylindresÉconomie de carburant ≈ 10%
RéalisationsRéalisationsRéalisations
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Avance variable
Camless
Desmodromique
Cam oscillante
Lost motion
Rapport de
transmission variable
Durée variable
Levée variable
Solutions
Critères
RéalisationsRéalisationsRéalisations
SYNTHESE
x
NISSANVEL
x
x
x
X
x
x
x
DELPHIVVA
x
x
x
x
HONDAAdvanced
VTEC
x
x
x
HARAVVL
x
x
x
x
FIATUniAir
x
x
PATTAKONVVL
x
HVA
x
x
x
x
x
x
EVA
x
x
BMWValvetronic
x
x
x
x
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Introduction
Méthodes
� Conclusions
Réalisations
Intérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variableIntérêts et enjeux de la distribution variable
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ConclusionsConclusions
Étapes d’évolution du moteur “essence”
Allumage
Carburation
Distribution Variable
Économie d’énergie Réduction émissions+
Moteur à distribution variableMoteur à distribution variable
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ConclusionsConclusionsPotentiel de la distribution variablePotentiel de la distribution variable
Source IFP
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Références
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Intérêts et enjeuxde la
distribution variable
UTILISATION RATIONNELLE DE L'ENERGIE DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE
ET ENVIRONNEMENT8ème Cycle de conférences