Le système de levée de soupapes à manchons coulissants fournit puissance et économie au moteur

Le système de levée de soupapes à manchons coulissants (SCS) du nouveau moteur 4 cylindres de 2.0 L turbocompressé (EFC LSY) du XT4 2019 offre une combinaison de performances et d’efficacité énergétique avec trois modes de fonctionnement distincts. Le SCS permet au module de commande du moteur (ECM) de modifier le profil de levée de soupapes des arbres à cames d’admission et d’échappement pendant que le moteur tourne. Le SCS comporte 4 actionneurs de manchons de levée de soupapes d’arbre à cames d’admission et 2 actionneurs de manchons de levée de soupapes d’arbre à cames d’échappement qui font varier la position des manchons de levée de soupapes axialement sur l’arbre à cames correspondant en réponse aux commandes de l’ECM.

 

Profils SCS

Chaque manchon coulissant de levée de soupapes d’arbre à cames du SCS comporte 3 bossages de cames à profil distinct :

  • Profil de transition en mode Puissance : Hauteur de levée maximale — Pleine capacité, levée et durée usuelles. Dans ce profil, les quatre cylindres sont actifs et toutes les soupapes s’ouvrent jusqu’à leur levée maximale quand la pleine puissance du moteur est requise. (Fig. 1)

Fig. 1

  • Profil de transition en mode Économie : Hauteur de levée minimale — La capacité réduite (3 mm de levée) modifie la durée d’ouverture des soupapes et les ferme plus tôt. Dans ce profil, les 4 cylindres restent actifs mais toutes les soupapes d’admission s’ouvrent à une hauteur de levée inférieure pour minimiser la consommation de carburant dans des conditions de charge moyennes, sur autoroute par exemple. (Fig. 2)

Fig. 2

  • Minimisation de la consommation de carburant : AFM — Le système désactive des cylindres pour minimiser la consommation de carburant dans des conditions de faible charge, en vitesse de croisière sur autoroute par exemple. En mode de gestion active du carburant (AFM), les cylindres 2 et 3 sont désactivés. (Fig. 3)

Fig. 3

Quand l’AFM est activé, le système coupe d’abord les injecteurs de carburant des cylindres 2 et 3, puis les soupapes d’échappement, et enfin les soupapes d’admission. Un volume d’air est alors efficacement emprisonné dans les cylindres, sans carburant injecté. Ce volume d’air emprisonné agit comme un ressort pneumatique, favorisant le retour des pistons dans ce qui serait la course de détente. Les cylindres 1 et 4 restent actifs et toutes leurs soupapes d’admission s’ouvrent alors à une hauteur de levée inférieure. Le profil de bossage de cames d’admission des cylindres en phase d’explosion est le même profil de hauteur de levée minimale que celui du profil de transition en mode Économie. Les 2 cylindres du moteur délivrent toujours la même puissance mais le moteur fonctionne alors à la moitié de la puissance du profil de transition en mode Économie.

 

Composants du système de levée de soupape à manchons coulissants

Les composants du SCS comprennent (Fig. 4) :

  1. B339 Capteurs de position de manchon de levée de soupapes d’arbre à cames d’échappement (x 2)
  2. M130 Actionneurs de manchon de levée de soupapes d’arbre à cames d’échappement (x 2)
  3. M129 Actionneurs de manchon de levée de soupapes d’arbre à cames d’admission (x 4)
  4. B23 Capteurs de position d’arbre à cames d’échappement et d’admission (x 2)
  5. B338 Capteurs de position de manchon de levée de soupapes d’arbre à cames d’admission (x 2)
  6. Arbre à cames d’échappement (x 1)
  7. Arbre à cames d’admission (x 1)

Fig. 4

 

Fonctionnement du SCS

Chaque arbre à cames comporte 2 manchons de levée avec des bossages de cames de différentes hauteurs et chaque arbre à cames comporte une bille d’arrêt et un ressort sous chaque manchon servant à maintenir le manchon de levée en position. Les solénoïdes d’actionneurs de manchons de levée de soupapes du SCS poussent une broche de guidage d’actionneur dans la rainure de transition usinée dans le manchon de levée de soupapes de l’arbre à cames correspondant. Lorsque les broches de guidage s’engagent dans les manchons, ceux-ci se décalent axialement sur l’arbre à cames correspondant et positionnent alors les bossages de cames à profil distinct au-dessus des soupapes d’admission et d’échappement pour modifier la levée et la durée d’ouverture des soupapes.

Les actionneurs du système de manchons coulissants de levée de soupapes peuvent individuellement pousser chacune de leurs 2 broches de transition. Les actionneurs de SCS sont des actionneurs unidirectionnels (poussée uniquement) et nécessitent un rappel physique pour rétracter/rappeler les broches dans l’actionneur. Chacun des actionneurs comporte 2 broches de transition et 2 solénoïdes de transition complètement indépendant(e)s.

En fonction d’un signal de modulation d’impulsions en durée (PWM), chaque broche de transition pousse et engage la rainure de « transition » du manchon coulissant de levée de soupapes dans la position voulue. La première broche est alors poussée vers l’extérieur, décalant le manchon coulissant de levée de soupapes de la position de hauteur de levée maximale (profil de transition en mode Puissance) vers la position de hauteur de levée minimale (profil de transition en mode Économie). La rainure de transition est alignée sous la deuxième broche et le capteur de position confirme que le manchon est dans la position souhaitée. Sur demande, la deuxième broche de l’actionneur est alors poussée pour faire transiter le manchon de levée de soupapes du mode de hauteur de levée minimale au mode AFM.

Voici un aperçu du système en fonctionnement. (Fig. 5)

Fig. 5

Les capteurs de position de manchon de levée de soupapes des actionneurs fonctionnent de la même manière que les capteurs de position d’arbres à cames et délivrent un signal élevé en présence de métal en dessous et un faible signal en présence d’air en dessous. À chaque position — hauteur de levée maximale, hauteur de levée minimale et AFM — correspond un profil d’onde carrée unique qui permet aux capteurs de position d’identifier le mode dans lequel ils opèrent.

Lorsque l’ECM demande un retour à un mode de hauteur de levée plus élevée, l’actionneur du cylindre voisin est commandé afin de déplacer le manchon coulissant de levée de soupapes dans le sens opposé car la rainure de transition pointe alors dans le sens opposé. L’arbre à cames d’admission comporte 2 manchons de levée de soupapes agissant chacun sur 2 cylindres (1 et 2 ; 3 et 4). L’arbre à cames d’échappement comporte 2 manchons de levée de soupapes aussi, mais ils sont plus petits et agissent uniquement sur les cylindres 2 et 3.

 

Actionneurs

Les actionneurs de manchons de levée de soupapes d’arbre à cames d’échappement et d’admission (Fig. 6) sont électromagnétiques et servent à déplacer axialement les bossages en synchronisation avec la rainure de transition. Les broches de l’actionneur d’échappement ont 4 mm de long et les broches de l’actionneur d’admission ont 5 mm de long. Durant l’entretien des actionneurs de manchons de levée de soupapes d’arbre à cames, tourner les actionneurs vers la gauche et vers la droite tout en les tirant vers le haut afin de déloger le joint torique d’étanchéité et libérer l’actionneur pour la dépose.

Fig. 6

 

– Merci à Richard Miller, Norman Grayson et Sherman Dixon

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