MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant

On peut remplacer le VCR par la VVA

Penser que l’on peut remplacer le VCR par une VVA est une erreur courante : la VVA ne peut en aucun cas remplacer le VCR.

La VVA (ici, le FIAT Multiair), est au service d’une
grande variété de stratégies visant à réduire
la consommation et les émissions

La VVA (Variable Valve Actuation) englobe une grande variété de technologies connues sous divers noms commerciaux tels que VTech®, Multiair®, Valvetronic® ou Variocam+®. On distingue deux sous-familles : les dispositifs de VVT (Variable Valve Timing) qui équipent pratiquement tous les moteurs à essence, et les dispositifs de VVL (Variable Valve Lift) qui tendent à se généraliser sous diverses configurations technologiques. Ces deux dispositifs peuvent être combinés.

L’objectif de la VVA est principalement l’optimisation du remplissage du moteur sur toute sa plage de régime, le balayage de charge en suralimentation et le dépapillonnage (dethrottling). Le dépapillonage réduit les pertes par pompage par l’utilisation de l’EGR interne et/ou par le retard fermeture admission (LIVC : Late Intake Valve Closing). Cette dernière stratégie prévoit une détente-compression des gaz d’admission de façon quasi adiabatique, qui se substitue avantageusement au vannage par un papillon. La VVA sert en outre une grande variété d’autres stratégies telles que le réchauffage du catalyseur en démarrage à froid, la maîtrise du back-flow échappement en suralimentation et plus prospectivement, le réglage du taux d’EGR en allumage par compression (CAIHCCI).

Avec une telle variété de possibilités, on comprend la motivation extrême des constructeurs automobiles à maîtriser la VVA.

Le VCR a deux principaux objectifs qui ne peuvent ni l’un ni l’autre être servis par la VVA : le hard downsizing et l’augmentation du taux de détente moyen.

Utiliser le VCR pour servir le hard downsizing consiste à réduire le taux de compression pour permettre de fortement suralimenter le moteur sans risque ni de cliquetis destructif ni de supercliquetis (hard knocking, wild ping, rumble). Pour atteindre les performances cibles en couple et en puissance spécifiques (MCE‑5 VCRi GDI : 320 Nm/L – 130 kW/L), un taux de compression minimal de 6:1 est nécessaire.

La première erreur de raisonnement provient du taux de compression effectif. Il est parfaitement exact de dire que le taux de compression effectif du moteur peut être réduit par le retard fermeture admission au moyen d’une VVA. Cependant, réduire le taux de compression effectif par le retard fermeture admission (LIVC) réduit non seulement le taux de compression, mais aussi, la cylindrée effective du moteur du fait du back-flow admission qui en résulte. En ce cas, il est nécessaire de compenser la baisse de cylindrée par une augmentation de la pression d’admission (suralimentation plus forte), ce qui remonte la sensibilité au cliquetis du moteur. Au final, il n’y a de gain ni en couple ni en puissance spécifique contrairement au VCR qui réduit le taux de compression géométriquement, sans réduire la cylindrée du moteur. En ce cas, la VVA ne se substitue donc pas au VCR.

Pour ce qui est du deuxième objectif qui vise à augmenter le taux de détente moyen, si la VVA peut réduire le taux de compression effectif, elle n’a aucune possibilité de l’augmenter. Pour cela, il faut réduire le volume mort de la chambre de combustion, ce qui ne peut être fait que géométriquement, par un moteur VCR.

On peut également noter que pour maîtriser l’allumage par compression (CAI-HCCI) le VCR sera indispensable et particulièrement le VCR piloté cylindre à cylindre (cylinder selective). Pour autant, le contrôle du taux d’EGR sur un tel moteur restera confié à un dispositif de type VVA.

Si la VVA ne peut pas remplacer le VCR, l’inverse est également vrai, même si certains objectifs sont similaires. La meilleure approche est bien de combiner VVA et VCR, ce qui conduit au meilleur résultat possible.

CO2 ultime : sur les véhicules 65 kW, le VCR avec compresseur + VVL comparé au taux de compression fixe
+ GDI + turbo + VVA réduit la consommation de 5,5 % sur NEDC, en MPFI seulement

CO2 ultime : sur les véhicules 90 kW, le VCR avec compresseur + VVL comparé au taux de compression fixe
+ GDI + turbo + VVA réduit la consommation de 6,7 % sur NEDC, en MPFI seulement

Sur les véhicules 120 kW, le VCR avec compresseur + VVA versus GDI + turbo + VVA
réduit la consommation de 7,6 % sur NEDC en MPFI, et de 16 % en CAI GDI

Sur les véhicules 160 kW, le VCR avec 2 turbos + VVA versus GDI + turbo + VVA
réduit la consommation de 14,4 % sur NEDC, et de 22 % en CAI GDI