Déplacement variable - Variable displacement

La cylindrée variable est une technologie de moteur automobile qui permet à la cylindrée du moteur de changer, généralement en désactivant les cylindres , pour une meilleure économie de carburant . La technologie est principalement utilisée dans les gros moteurs multicylindres. De nombreux constructeurs automobiles ont adopté cette technologie à partir de 2005, bien que le concept existait depuis un certain temps avant cela.

Théorie de fonctionnement

La désactivation des cylindres est utilisée pour réduire la consommation de carburant et les émissions d'un moteur à combustion interne pendant le fonctionnement à faible charge. Dans une conduite typique à faible charge, le conducteur n'utilise qu'environ 30 pour cent de la puissance maximale d'un moteur. Dans ces conditions, le papillon des gaz est presque fermé et le moteur doit fonctionner pour aspirer de l'air. Cela provoque une inefficacité connue sous le nom de perte de pompage. Certains moteurs de grande capacité doivent être tellement étranglés à faible charge que la pression des cylindres au point mort haut est environ la moitié de celle d'un petit moteur à 4 cylindres . Une faible pression dans les cylindres entraîne une baisse du rendement énergétique . L'utilisation de la désactivation des cylindres à faible charge signifie qu'il y a moins de cylindres aspirant de l'air du collecteur d' admission , ce qui augmente la pression de son fluide (air). Le fonctionnement sans cylindrée variable est un gaspillage car le carburant est continuellement pompé dans chaque cylindre et brûlé même si des performances maximales ne sont pas requises. En fermant la moitié des cylindres d'un moteur, la quantité de carburant consommée est bien moindre. Entre la réduction des pertes de pompage, qui augmente la pression dans chaque cylindre en fonctionnement, et la diminution de la quantité de carburant pompée dans les cylindres, la consommation de carburant peut être réduite de 8 à 25 % sur route.

La désactivation des cylindres est obtenue en gardant les soupapes d'admission et d'échappement fermées pour un cylindre particulier. En maintenant les soupapes d'admission et d'échappement fermées, il crée un "ressort pneumatique" dans la chambre de combustion - les gaz d'échappement piégés (conservés de la combustion de charge précédente) sont comprimés pendant la course ascendante du piston et poussent vers le bas sur le piston pendant sa course descendante. La compression et la décompression des gaz d'échappement piégés ont un effet égalisateur - dans l'ensemble, il n'y a pratiquement aucune charge supplémentaire sur le moteur. Dans la dernière génération de systèmes de désactivation des cylindres, le système de gestion du moteur est également utilisé pour réduire l'alimentation en carburant des cylindres désactivés. La transition entre le fonctionnement normal du moteur et de désactivation de cylindre est également lissée, en utilisant des changements dans la temporisation d'allumage , came synchronisation et la position du papillon (grâce à commande électronique des gaz ). Dans la plupart des cas, la désactivation des cylindres est appliquée aux moteurs de cylindrée relativement importante qui sont particulièrement inefficaces à faible charge. Dans le cas d'un V12 , jusqu'à 6 cylindres peuvent être désactivés.

Deux problèmes à surmonter avec tous les moteurs à cylindrée variable sont le refroidissement et les vibrations déséquilibrés.

Histoire

Le plus ancien prédécesseur technologique du moteur à cylindrée variable est le moteur hit and miss , développé à la fin du XIXe siècle. Ces moteurs stationnaires monocylindres avaient un régulateur centrifuge qui coupait le cylindre hors service tant que le moteur fonctionnait au-dessus d'une vitesse définie, généralement en maintenant la soupape d'échappement ouverte.

Cadillac L62 V8-6-4

Emblème Cadillac V8-6-4

Les premières expériences avec des moteurs à cylindres multiples pendant la seconde guerre mondiale , ont été une nouvelle tentative en 1981 sur Cadillac « est infortunée L62 « V8-6-4 » moteur. La technologie est devenue une caractéristique standard sur tous les modèles Cadillac, à l'exception de la Séville , qui avait le moteur V-8 diesel 350 comme moteur de base. Cadillac, en collaboration avec Eaton Corporation , a développé le système innovant V-8-6-4 qui utilisait la première unité de commande de moteur de l'industrie pour faire passer le moteur de 8 à 6 à 4 cylindres en fonction de la quantité de puissance nécessaire. Le système à cylindrée multiple d'origine désactivait les paires de cylindres opposées, permettant au moteur d'avoir trois configurations et cylindrées différentes. Les voitures avaient une procédure de diagnostic élaborée, y compris l'affichage des codes de panne du moteur sur l'écran de la climatisation. Cependant, le système était problématique, mal compris par les clients, et une série de défaillances imprévisibles a conduit à la suppression rapide de la technologie.

Alfa Romeo Alfetta CEM

En 1981, Alfa Romeo a développé en collaboration avec l'Université de Gênes une version semi-expérimentale du moteur à cylindrée variable de l' Alfa Romeo Alfetta , appelée Alfetta CEM ( Controllo Elettronico del Motore , ou Electronic Engine Management), et l'a présentée au salon de Francfort . Le moteur modulaire de 2,0 litres de 130 ch (96 kW; 128 ch) comportait des systèmes d' injection et d' allumage de carburant régis par une unité de commande du moteur, qui pouvait couper deux des quatre cylindres selon les besoins afin de réduire la consommation de carburant. Un premier lot de 10 exemples a été attribué à des chauffeurs de taxi à Milan, pour vérifier le fonctionnement et les performances dans des situations réelles. Selon Alfa Romeo, lors de ces tests, la désactivation des cylindres s'est avérée réduire la consommation de carburant de 12% par rapport à un moteur à injection de carburant CEM sans cylindrée variable, et de près de 25% par rapport à la production régulière de 2,0 litres à carburateur . Après le premier essai, en 1983, une petite série de 1000 exemplaires est mise en vente, proposée à des clients sélectionnés ; 991 exemplaires ont été produits. Malgré cette deuxième phase expérimentale, le projet n'a pas connu d'autres développements.

Mitsubishi MD

En 1982, Mitsubishi a développé sa propre cylindrée variable sous la forme de MD (Modulated Displacement) qui a prouvé que la technologie, utilisée pour la première fois dans le moteur à quatre cylindres en ligne 1,4 L 4G12 de Mitsubishi , peut fonctionner avec succès. Parce que le système de Cadillac s'est avéré être un échec et qu'un moteur à quatre cylindres a été utilisé, Mitsubishi a salué le sien comme une première mondiale. La technologie a ensuite été utilisée dans les moteurs V6 de Mitsubishi.

Le système fonctionnait en désactivant les soupapes des cylindres numéro 1 et 4 à des vitesses inférieures à 70 km/h (43,5 mi/h), au ralenti et en décélération. Les chiffres de consommation de carburant étaient généralement améliorés d'environ 20 pour cent par rapport au moteur 4G12 ordinaire. Des sources d'époque se sont toutefois plaintes du fait que le moteur tournait très mal en mode deux cylindres, malgré des supports de moteur spéciaux avec amortissement hydraulique. D'autres efforts déployés pour minimiser les vibrations et la dureté comprenaient une section de tuyau d'échappement flexible, ne faisant fonctionner le système que lorsque la température du liquide de refroidissement a atteint 70 ° C, et un volant d'inertie 70 % plus lourd. L'effort de Mitsubishi est resté de courte durée, principalement en raison d'un manque de réponse des acheteurs de voitures.

En 1993, un an après que Mitsubishi a développé sa propre technologie de calage variable des soupapes , la variante MIVEC -MD a été introduite. La technologie MD ravivée en était maintenant à sa deuxième génération avec des commandes électroniques améliorées du moteur permettant de passer de 4 à 2 cylindres de manière presque imperceptible. En mode MD, le moteur MIVEC n'utilise que deux de ses quatre cylindres, ce qui réduit considérablement le gaspillage d'énergie dû aux pertes de pompage. De plus, la perte de puissance due au frottement du moteur est également réduite. Selon les conditions, le système MIVEC-MD peut réduire la consommation de carburant de 10 à 20 % ; bien qu'une partie de ce gain provienne du système de calage variable des soupapes, et non de la fonction de cylindrée variable. Le déplacement modulé a été abandonné vers 1996.

Systèmes de rechange

Un certain nombre d'entreprises ont développé des systèmes de désactivation de cylindre de rechange, avec des degrés de succès variables. L'évaluation de l'EPA de 1979 sur le système de désactivation des cylindres automobiles (ACDS), qui permettait de faire fonctionner des moteurs à huit cylindres sur quatre cylindres, a révélé que les émissions de monoxyde de carbone et d'oxyde d'azote étaient augmentées au-delà des limites légales des normes d'émission alors en vigueur. Alors que l'économie de carburant a été augmentée, l'accélération a été sérieusement compromise et la perte de dépression du moteur a entraîné une perte dangereuse de l'assistance au freinage lorsque le système était en mode quatre cylindres. En plus de ces problèmes, alors que la société proposait un système à commande hydraulique pouvant être commuté depuis l'intérieur de la voiture, la version mise en œuvre devait être modifiée manuellement dans le compartiment moteur à l'aide d'outils à main.

Présent

Il existe actuellement deux principaux types de mécanisations de désactivation des cylindres utilisés aujourd'hui, selon le type de soupapes du moteur. Le premier concerne les conceptions de tiges de poussée qui utilisent des solénoïdes pour modifier la pression d'huile fournie aux goupilles de verrouillage dans les poussoirs. Lorsque la goupille de verrouillage n'est pas à sa place, les poussoirs sont effondrés et incapables d'élever leurs tiges de poussée correspondantes sous les culbuteurs de soupape, ce qui entraîne des soupapes qui restent fermées lorsque la came pousse sur la pièce en mouvement perdu.

Le deuxième type est destiné aux moteurs à cames en tête et utilise une paire de culbuteurs verrouillés qui sont utilisés pour chaque soupape. Une bascule suit le profil de la came, tandis que l'autre actionne la valve. Lorsqu'un cylindre est désactivé, la pression d'huile commandée par solénoïde libère une goupille de verrouillage entre les deux culbuteurs. Alors qu'un bras suit toujours l'arbre à cames, le bras déverrouillé reste immobile et ne déplace pas la soupape. Avec la commande par ordinateur, la désactivation et la réactivation rapides des cylindres se produisent presque instantanément.

Plusieurs constructeurs automobiles ont des moteurs avec désactivation des cylindres dans la production actuelle.

La Seat Cupra 1.4 turbo de Callum a été le premier véhicule produit en série à avoir un cylindre coupé.

La technologie de cylindrée variable Active Cylinder Control (ACC) de Daimler AG a fait ses débuts en 2001 sur le V12 de 5,8 L des CL600 et S600.

Mercedes-Benz a développé son système multi- cylindres V12 à la fin des années 1990, qui coupe tous les autres cylindres dans l'ordre d'allumage. Il a été largement déployé sur les moteurs V8 à poussoir à partir de la DaimlerChrysler Hemi 2004 .

À partir de 2003, Honda a introduit la gestion variable des cylindres sur les moteurs de la famille J. Le système de Honda fonctionne en désactivant les bancs de cylindres, passant de 6 à 4 à 3 cylindres.

En 2005, GM a introduit son système de désactivation des cylindres à gestion active du carburant (dans le petit bloc de génération IV ) qui, similaire au MDS de Chrysler, a coupé la moitié des cylindres. En 2018, GM a introduit un système amélioré appelé Dynamic Fuel Management qui coupe n'importe quel nombre de cylindres, dans une variété de combinaisons, en fonction des besoins immédiats. Le système est basé sur Dynamic Skip Fire, une technologie développée par la société californienne Tula Technology et le moteur de 6,2 L l'incorporant a été nommé l'un des 10 meilleurs moteurs de Ward pour 2019.

En 2012, Volkswagen a introduit la technologie Active Cylinder Technology (ACT), le premier constructeur à le faire dans les moteurs à quatre cylindres.

En novembre 2016, Ford a annoncé son moteur Ecoboost compact à trois cylindres avec désactivation sur l'un des cylindres. Il s'agit du moteur le plus petit à ce jour à utiliser la désactivation, et il permettra d'appliquer les avantages aux petites voitures.

En novembre 2017, Mazda a annoncé la désactivation standard des cylindres sur tous les modèles CX-5 2018 et la disponibilité sur les modèles Mazda6 .

À partir de l'année modèle 2019, environ 13 % des véhicules légers vendus aux États-Unis utilisaient la désactivation des cylindres, principalement utilisée par Mazda (54 %), GM (47 %), Honda (21 %) et FCA (19 % ).

Technologies associées

Taux de compression variable . Le système le plus connu de ce type était le moteur expérimental Saab à compression variable , qui utilisait un bloc articulé pour rapprocher ou éloigner les pistons de la tête, modifiant ainsi la taille des chambres de combustion. D'autres systèmes expérimentaux incluent le moteur Hefley, qui utilise une course de manivelle coulissante sur un arbre excentrique, et le moteur de désactivation de piston Scalzo, qui utilise une tringlerie à quatre barres et a la particularité de pouvoir arrêter complètement les pistons individuels. Il n'y a actuellement aucun véhicule de production qui utilise l'une de ces conceptions.

De plus, la série de moteurs Northstar de Cadillac comportait un mode de sécurité « à la maison en douceur ». Si le moteur perdait du liquide de refroidissement, le contrôleur du moteur réduirait le carburant et provoquerait des étincelles dans la moitié des cylindres. Avec le fonctionnement des soupapes inchangé, les cylindres non comburants refroidissaient à l'air le moteur, lui permettant de parcourir jusqu'à 100 milles sans liquide de refroidissement.

Technologies à cylindrée variable

Voir également

Les références