Le système « ValveLift » à l'échappement

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Description détaillée

L'efficacité d'un turbocompresseur est liée à la vitesse et à la pression des gaz d'échappement. Sur un moteur à essence, la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine peut être quasiment constante, on parle alors de suralimentation à pression constante. Cette pression peut aussi fortement fluctuer, on parle alors de suralimentation par « impulsions ». Dans le premier cas l'énergie qui entraine le turbo résulte de l'écart entre la pression en amont et en aval de la turbine. Dans le second cas les gaz d'échappement s'écoulent par à-coups au rythme des phases d'échappement de chaque cylindre, l'énergie qui entraîne le turbo est liée au déplacement des ondes de pression qui frappent la turbine.

Sur les moteurs à essence actuels ces deux formes de suralimentation sont mises à profit. La part que représente la suralimentation par « impulsions » par rapport à la suralimentation à « pression constante » dépend de la section des conduits et du nombre de cylindres. Un moteur 6 cylindres bénéficiera peu de la suralimentation par impulsions, un moteur à 2 ou 3 cylindres beaucoup plus.

La suralimentation par impulsions permet une réponse plus rapide du turbocompresseur, surtout à bas régimes. Si l'on veut réduire le temps de réponse du turbo, il faut favoriser la suralimentation par impulsions. Sur un moteur 4 cylindres, deux solutions sont utilisées :

• La technologie TwinScroll (les conduits d'échappement des cylindres 1-4 et 2-3 sont séparés jusqu'à l'intérieur de la turbine).
• La réduction de l'angle et de la levée d'ouverture des soupapes d'échappement.

Sur ses moteurs 2.0 TFSI montés en position longitudinale, Audi a choisi la seconde solution. Pour cela la technologie « Valvelift » déjà utilisée sur les moteurs V6 FSI côté admission est implantée sur l'arbre à cames d'échappement. À bas régimes les soupapes d'échappement sont actionnées par des cames à profil étroit (l'angle d'ouverture des soupapes est réduit). À hauts régimes, pour ne pas altérer les performances du moteur, les soupapes d'échappement sont actionnées par des cames à profil large (l'angle d'ouverture des soupapes est augmenté, le croisement des soupapes aussi).

Les éléments constitutifs du système :

L'arbre à cames d'échappement de ce moteur 2.0 TFSI 4 cylindres est spécifique. Il s'agit d'un arbre cannelé sur l'extérieur. Quatre blocs multicames cannelés sur l'intérieur de leur alésage sont emmanchés sur l'arbre à cames. Chaque bloc multicame est doté de 4 cames (2 à profil étroit « A » et 2 à profil large « B »). Un bloc multicame assure l'ouverture des 2 soupapes d'échappement d'un cylindre. Grâce aux cannelures, les blocs multicames peuvent coulisser en translation sur les arbres à cames.

Chaque bloc multicame est  doté de 2 gorges hélicoïdales, l'une est inclinée vers la gauche, l'autre vers la droite.

Les 4 blocs multicames sont déplacés en translation par 2 actionneurs électromagnétiques (1 et 2). L'un permet le passage des cames étroites vers les cames larges, l'autre le passage des cames larges vers les cames étroites.

Le fonctionnement :

En fonction du régime moteur, les soupapes d'échappement vont être ouvertes soit par les cames à profil étroit, soit par les cames à profil large.

Pour basculer du mode « faibles régimes » (profil étroit, cames A) au mode « hauts régimes » (profil large, cames B), le calculateur pilote l'actionneur (1) lorsque les soupapes sont fermées et que le rouleau du basculeur se trouve en appui sur le cercle de base commun aux deux cames. Le bloc multicame se déplace axialement (vers la gauche) sur l'arbre cannelé pour venir buter en appui sur le carter palier. Il est maintenu en position par un verrouillage à billes et ressort. Le mouvement de translation est généré par le doigt métallique de l'actionneur qui vient s'engager dans la gorge hélicoïdale. Lorsque l'actionneur n'est plus alimenté, le doigt métallique est repoussé par la fin du profil de gorge en forme de rampe. Lors du repositionnement du doigt métallique, une tension d'induction est générée dans l'actionneur. Cette tension permet au calculateur de reconnaître que le bloc multicame a atteint sa position. Durant les phases de repos, le doigt métallique est maintenu en position grâce à un aimant interne à l'actionneur.

Pour basculer du mode « hauts régimes » (profil large) au mode « faibles régimes » (profil étroit), le calculateur pilote l'actionneur (2). Suivant le même principe, le bloc multicame se déplace axialement (vers la droite).

La tension d'induction générée par le doigt métallique permet de confirmer que le bloc multicame a atteint sa position repos.

 

Les stratégies de fonctionnement :

Lors des phases de fonctionnement à faible régime, les 8 soupapes d'échappement s'ouvrent de 6,35 mm (levée « A »). La longueur d'ouverture est de 180°.

Lors des phases de fonctionnement à haut régime, les 8 soupapes d'échappement s'ouvrent de 10 mm (levée « B »). La longueur d'ouverture est de 215°.

Le moteur fonctionne avec une ouverture « étroite » des soupapes d'échappement jusqu'au point de commutation (3100 tr/min). Au-dessus de ce régime le moteur fonctionne avec une ouverture « large » des soupapes.

L'auto-diagnostic :

Deux types de contrôles sont effectués :

• Contrôle de continuité électrique de chaque actionneur.
• Contrôle rationnel : Grâce à la tension induite par la bobine de l'actionneur.

Après chaque démarrage le calculateur teste le système en pilotant chaque actionneur. En cas d'anomalie majeure le moteur fonctionne en mode "cames larges". Il n'y a pas de témoin activé au tableau de bord.

 

 

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Méthodes et pratiques

Avant de remplacer un actionneur « Valvelift » ou un bloc multicame, il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur. Le dysfonctionnement d'un ou plusieurs actionneurs fait remonter des défauts dans le calculateur moteur. Il n'y pas d'alerte au tableau de bord (pas d'allumage de voyant). Le calculateur applique un mode "dégradé", le moteur fonctionne avec une ouverture "large" des soupapes d'échappement.
Le remplacement d'un actionneur ou d'un bloc multicame consiste à déposer l'élément hors service et à reposer un élément neuf.

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Impact sur les compétences en atelier

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement des systèmes de suralimentation essence (mettre lien vers fiche suralimentation)
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
• Savoir utiliser un multimètre.

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Exemple d’outillage approprié

• Outil de diagnostic,
• Multimètre,
• Outils spécifiques pour la dépose / repose des blocs multicame.