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La technologie CAMLESS

La technologie CAMLESS

S'il est une technologie dont on parle depuis des années, et plus particulièrement depuis le début des années 2000, les moteurs Camless, entendez "sans arbre à came", tardent à s'implanter dans le paysage automobile.


Pourtant cette technologie s'averrait il y a quelques années, comme LA solution pour réduire la consommation, et donc, les rejets polluants. Explications.

La technologie actuelle et son évolution au fil du temps

Actuellement, l'ouverture et la fermeture des soupapes d'un moteur sont commandés par un arbre à cames, avec un dispositif, qui, au cours du temps, a pas mal évolué...

Il y a encore peu, chaque came actionnait une tige qui commandait un culbuteur entraînant ainsi l'ouverture et la fermeture d'une des soupapes, par un mouvement de bascule.
Les constructeurs ont ensuite supprimé cette tige, en plaçant l'arbre à came, dans la culasse, permettant ainsi de se rapprocher du culbuteur. Puis, par la suite, le culbuteur a été supprimé, grâce aux cames à attaque directe qui actionnent alors elles même les soupapes.

Le système demeure complexe, car la rotation de l'arbre à came est entraînée par le vilbrequin au moyen d'une courroie crantée, la fameuse courroie de distribution, qui a perdue les faveurs des motoristes depuis quelques années au profit d'une chaîne.

Ces deux premières étapes ont permis de réduire le nombre de pièces, et les masses en mouvement, gage de fiabilité, et de consommation en baisse.

Une troisième innovation, destinée à améliorer les lois d'admission, a vu le jour ensuite, avec l'introduction de systèmes de calage variable comme le VVT pour Variable Valve Timing, présent sur le moteur F4R de la Clio RS, ainsi que, dans sa version Turbo (F4RT) sur la Mégane RS, et Laguna entre autre.
F4R
Le F4R

Entraîné par le vilbrequin, l'arbre à came actionne l'ouverture et la fermeture des soupapes à un intervalle fixe, calé de manière à assurer un compromis entre divers paramètres comme la marche du moteur au ralenti, sa stabilité, sa consommation minimale à faible charge, ainsi que son fonctionnement à puissance maximale.

Le VVT permet lui, de définir non plus un, mais deux calages et donc, d'optimiser le rythme d'ouverture et de fermeture des soupapes dans deux zones de fonctionnement du moteur. Il est par exemple possible de réduire la consommation à la fois à faible charge et à forte charge.

Le camless, la solution du future depuis... 10 ans
Depuis quelques années il se profile une ultime évolution qui continu d'aller dans le même sens, mais constituant cependant une vraie rupture technologique. Une rupture si importante, que celle-ci se fait véritablement attendre: la suppression pure et simple de l'arbre à came, au profit d'actuateurs pilotés electroniquement, et qui controleraient directement les soupapes. Rien de moins !

Photo Valéo
L'actuateur se compose de deux ressorts en opposition, de deux électro-aimants et d'une palette

Le fonctionnement des actuateurs repose sur un système se composant de deux ressorts en opposition, dont l'énergie, est mise à profit pour mouvoir la soupape ainsi que deux électro-aimants et d'une palette.
Il aurait également été possible de fixer ces électroaimants directement sur les soupapes, mais cette solution aurait été trop consommatrice en énergie électrique, car les électroaimants auraient dûent être très gros.

Avec ce système, lorsque la soupape est fermée, le ressort supérieur est maintenu comprimé grâce à l'excitation créée par la bobine supérieure. En revanche, la bobine du bas est au repros et le ressort inférieur détendu.

Pour ouvrir la soupape, l'excitation créée par la bobine supérieure est coupée. L'énergie du ressort supérieur se libère alors dans le ressort inférieur, qui, à son tour, se comprime. Lorsque celui-ci arrive en fin de course, le bobinage inférieur est excité, ce qui a pour effet de plaquer la palette sur l'électroaimant du bas, et donc, de maintenir le ressort inférieur comprimé. Pour refermer la soupape, il suffit bien sur, de procéder à l'opération inverse.

Enfin, quand l'actuateur est au repos et qu'aucune des bobines n'est excitée, la palette se place au centre et la soupape reste à moitié ouverte.

Des gains de fiabilité, de performance, et de consommation
Comme on l'a vu, le but de la suppression de l'arbre à came est de réduire encore massivement le nombre de pièces em mouvement, avec la suppression de tout le système de transmission (vilbrequin, chaîne, arbre à cames,...).

Mais, ce n'est pas tout, car cette solution permettrait en plus, d'optimiser les moments d'ouverture et de fermeture des soupapes à chaque régime et à chaque charge du moteur.
Les performances, seraient ainsi également améliorée: le moteur pourrait être très souple à bas régime avec d'excellentes reprises, mais aussi très coupleux à haut régime, quitte à pénaliser un peu la puissance pure selon les véhicules.
Enfin, outre les performances et la fiabilité, la consommation devrait être réduites de 15 à 20%.

Techniquement, comment cela est-il possible ?

La technologie Camless permet d'abord de caler les lois d'admission et d'échappement de manière à gonfler la courbe de couple du moteur à faible charge et donc d'allonger les rapports de la boîte de vitesse.

Elle réduit aussi les pertes par pompage qui nuisent à la consommation, car, lorsque le piston descend dans le cylindre, une depression se crée. Le piston doit donc "aspirer" l'air, surtout lorsque la puissance demandée est faible et que le papillon des gaz s'ouvre peu.
Sur un moteur camless, il est possible de gérer le débit d'air admis non pas avec le boitier papillon, mais en jouant sur le temps d'ouverture des soupapes, puisque, pour rappel, celui ci est modulable selon les régime et la charge.
Autrement dit, la soupape peut être refermée plus tôt ce qui permet de laisser le papillon des gaz grand ouvert et, donc, de réduire la dépression à l'admission, tout n'étant qu'une question de timing.

Autre source d'économie, certes un peu moindre, la stabilité au ralenti est améliorée, ce qui permet d'abaisser le régime pour une meilleur consommation urbaine.
En autorisant la fermeture précoce des soupapes d'admission et d'échappement, cette technologie permet d'optimiser le taux de compression et de détente. Résultat, le rendement et donc la consommation y gagnent.

Photo Valéo

Mais surtout, elle offre la possibilité de neutraliser temporairement les actuateurs des soupapes alimentant certains cylindres. Ainsi, à faible charge, un moteur 4 cylindres peut ne tourner que sur deux seulement avec au final, une consommation moindre. De même, il est possibile de moduler l'admission de chaque cylindre de sorte qu'il s'y produise une explosion non pas tous les deux mais tous les trois, quatre, ou six tours, ce qui en fait alors un moteur 6, 8 ou 12 temps !

Une technologie prometteuse, mais complexe
Tout d'abord, les actuateurs fonctionnent en 42V afin d'avoir un meilleur rendement. De ce fait, ils requièrent une forte énergie électrique allant de 300W lorsque le moteur tourne au ralenti jusqu'à 2000W à puissance maximale !
Ensuite, il est en fait impossible de supprimer toute depression à l'admission et donc toute perte par pompage, même si le camless en théorie le permet.
En effet, le freinage assisté et certaines fonctions de dépollution nécessitent en effet de créer justement ces dépressions dans les cylindres.

Difficile donc de supprimer tous ces inconvénients, qui, au fil de temps, ont été utilisés comme des atouts... Cela imposerait de revoir les aides au freinage, et les systèmes de dépollution, sans compter le problème de la puissance électrique.



 

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