Technique Le système UniAir de INA ommaire page 1. Introduction 3 2. Les avantages du système UniAir 4 3. Conception et fonctionnement 6 3.1 L’actuateur UniAir 6 3.2 Les électrovannes de commande 11 3.3 Capteur de température pour la viscosité de l’huile moteur 13 3.4 Caractéristiques 13 1. Introduction Malgré l’ hybridisation et l’électrification croissante des systèmes de propulsion des véhicules, le moteur à explosion continuera à l’avenir de jouer un ro e déterminant dans l’industrie automobile a sévérité accrue des valeurs limites d’émission de 2 fait de l’optimisation du moteur à explosion un objectif prioritaire de l’industrie automobile optimisation de la consommation est la tendance principale comparé d´une part aux véhicules « lo cost » , à l´éléctrification et à l´hybridation des voitures e des pistes technologi ue pour atteindre les objectifs ambitieux de consommation et d´émissions ue se sont assignés les constructeurs est l’utilisation de commandes variable des soupapes Les tendances principales de l’industrie automo e g g eduction des émissions de C et de la consommation de car urant egulation des émissions g ptimisation du moteur à e plosion ehicules lo cost ectri cation hy disation e groupe chaeffler développe depuis uel ues années différents types de commandes variables de soupapes entreprise a constaté très tot ue les systèmes mécani ues de commandes de soupapes entièrement variables ne permettront pas de répondre de manière optimale aux défis de flexibilité de la commande des soupapes des moteurs est pour cette raison ue le groupe chaeffler a ac uis, dès 2001, les droits de licence du système le plus prometteur de la commande flexible des soupapes, à savoir le système 2. Les avantages du système UniAir 2. Les avantages du système UniAir Commande des soupapes asage Levée des soupapes en continu discret en continu g g g g électrique g mécanique g valvetronic g Hydraulique g UniAir hydraulique électro-mécanique g deux levées g poussoir à attaque directe piloté g butée hydraulique g bras intermédiaire g abre à came piloté g poussoir à galet trois levées g levier intermediaire g arbre à came piloté e système variable de commande de soupapes est l’une des technologies clés pour la mise en oeuvre des stratégies d’émissions „ o 2“ es commandes des soupapes variables existantes à ce jour sont souvent réalisées par un décalage simultané de la courbe d’ouverture et de fermeture décalage des phases et ou une levée variable des soupapes d’admission ors du déphasage, la position relative de l’arbre à came par rapport au vilebre uin est modifiée, par ex par un rotor de décalage hydrauli ue e ui permet d´influencer le recyclage des ga d’échappement ainsi ue le taux effectif de compression ec la levée variable des soupapes, la levée est modifiée, par ex par l´action d’un servomoteur actionnant un arbre excentri ue es systèmes à levées variables éxistent en configuration à deux ou trois levées, mais aussi comme systèmes totalement variables Levée des soupapes point d’ouverture et de fermeture des différents systèmes Comparaison graphique levée Modi ation des points d’ouverture et de fermeture de la soupape d’admission par un déphasage temps levée Modi ation du point d’ouverture et de fermeture de la soupape d’admission par un déphasage associé à une levée variable des soupapes temps levée vée totalement variable des soupapes avec le système i r ec le système i r, il est possible pour la première fois de modifier non seulement la levée, le point d’ouverture et de fermeture des soupapes mais aussi la durée d’ouverture et le nombre d’ouvertures de celles c e système i r permet donc, pour chacun des cylindres indépendamment lors de la sé uence d´admission d’ouvrir et de refermer à plusieurs reprises les soupapes d´admission en fonction de l’état de charge du moteur et des éxigences du conducteur est ainsi possible de réaliser un ajustement précis entre le besoin en énergie et l´énergie mise en œuvre et d’obtenir de ce fait un accroissement du rendement énergeti ue i r devient ainsi la première commande de soupapes totalement variable et en continu ur les moteurs à essence conventionnels à commande par boitier papillon, lors de la mesure de la uantité d’air ap propriée, jus u’à 10 de la uantité de carburant utilisée est détruite sous la forme d’énergie servant à aspirer l’air dans le cylindre contre la résistance du boitier papillon revanche, dans le cas de l´utilisation d´une commande totalement variable des soupapes, le boitier papillon peut rester complètement ouvert ou meme etre supprimé et l’air peut alors etre aspiré sans entrave dans la chambre de combustion durant la phase correspondante d’aspiration ec i r, la uantité d’air re uise pour cha ue état de fonctionnement est régulée directement dans les conduites d’admission des différents cylindres par le contro e de la durée ou de la géométrie de l’ouverture des soupapes eci est un facteur décisif pour la réalisation de la réduction des émissions de 2 es autres avantages de la commande de soupapes i r sont une réduction de la consommation de carburant, une augmentati on de la puissance et du couple moteur ainsi u’une amélioration de la réactivité du moteur a première application série fut réalisée dès septembre 2009 avec l’ a omeo Mito 1.4 litre e sous la désignation de at « Multi r » tre temps, cette nouvelle technologie est présente également sur les a omeo ulietta, at avo, at unto et ancia elta, avec la meme appellation, ainsi ue sur les at 500 et ancia psilon avec l´appellation « n r » 3. Conception et fonctionnement 3.1 L’actuateur UniAir actuateur i r commande l’ouverture et la fermeture des soupapes d’admission arbre à cames d’admission est supprimé, en lieu et place sur la culasse est monté l’actuateur i r es cames d’admission sont positionnées sur l’arbre à cames d’échappement et actionnent ce ue l’on appelle les pistons de pompe our cha ue cylindre, il y a dans l’actuateur i r, un actionneur unité de pompage ui commande avec l´huile moteur de manière hydrauli ue les soupapes d’admission elon la configuration du moteu actionneur entraîne u soupapes d’admission p entraînement mécani l’actuateur i r s’effec de cames spécialement configurées sur l’arbre à came d’échappement a commande élec troni ue de celui c s’effectue au moyen du module d´asservisseme du moteur e ui perm de réaliser un moteur à essence sans boitier pa commande de soupapes variable et une charge d du moteur controlée pa couvrant l’ensemble de a différence des com ou électromécani ues, soupape d’admission d élément rigide comme par exemple par un poussoir à atta ue directe ou par un linguet , mais par un volume défini d’huile ette huile est contenue dans ce ue l’on appelle la chambre à haute pression e volume de cette huile peut et e modulé au moyen d’une électrovanne à 2x2 voies ans le cas d’une élec trovanne fermée, l’huile agit comme une tige rigide de poussoir hydrauli ue ans le cas d’une électrovanne ouverte, l’huile moteur s’écoule par le canal de circulation d’huile dans la chambre à moyenne upapes uvent cani ue chambre échappé pour enser les perditions ile et emplir uveau semble du ume en e pour ycle eur Constitution de l´actuateur ambre de moyenne pression avec arrivée et écoulement d uile a hau n Unit ave ut es moteurs à commande conventionnelle des soupapes ouvrent et ferment toujours la soupape d’admission selon l’ensemble du profil défini de la came ec le système i r, le déplacement des soupapes est totalement découplé du profil de came par la chambre de haute pression a levée complète de la soupape selon l’ensemble du profil de came n’est éffectif ue uand l’électrovanne de commande est fermée durant l’ensemble de la durée huile moteur est dirigée directement vers l’unité de frein et la soupape d’admission s’ouvre ors de la fermeture, afin d’éviter, une percussion des soupapes sur le siège, cha ue soupape du moteur dispose d’un frein hydrauli ue butée de fin de course elui c réduit la vitesse de rapprochement des soupapes uste avant ue la soupape atteigne son siège, le frein hydrauli ue a butée de fin de course intervient et permet un contact régulier et adoucis de la soupape avec son siège e ui permet de ménager le matériau des sièges de soupapes et d’assurer une plus grande longévité outre, ce dispositif permet de réaliser une compensation hydrauli ue du jeu de la soupape e découplage du mouvement des soupapes du profil des cames permet aussi d’obtenir une levée nulle ans ce cas, l’électrovanne de commande reste ouverte durant toute la huile moteur s’écoule par un canal de circulation d’huile et par l’électrovanne de commande ouverte dans la chambre de moyenne pression et dans l’accumulateur de pression e la levée maximale à la levée nulle, il est possible de réaliser, en continu, entre ces deux levées de base des soupapes, un nombre indéfini de levées variables des soupapes ans ce cas par exemple, une fermeture retardée de l’électrovanne de commande entraîne une ouverture retardée de la soupape d’admission, et l’ouverture avancée entraîne une fermeture avancée de la soupape d’admission oir graphi ue page 8 es deux mouvements sont indépendants les uns des autres et permettent de varier la levée de la soupape et le nombre de levées 3. Conception et fonctionnement fonction des nécessités du point d’ouverture et de fermeture ainsi ue de la durée d’ouverture des soupapes d‘admission, l’électrovanne de commande sera fermée ou ouverte de façon variable es paramètres des différents états de charge sont mémorisés dans la cartographie de l´unité de commande du moteur Levée des soupapes en fonction de l´état de l’électrovanne de commande rmeture avancée des soupapes d´admission Levée complète Ouvert Ouvert uverture retardée des soupapes d´admission Levée Temps Fermé Ouvert Ouvert Levée nulle Levée Levée de soupape Levée de soupape at de l´éléctrovanne de commande at de l´éléctrovanne de commande Temps Fermé Temps Fermé Ouvert Ouvert at de l´éléctrovanne de commande at de l´éléctrovanne de commande Levée de soupape Levée Levée de soupape Levée Temps Ouvert règle générale lors de l´utilisation otidienne des véhicules, une levée complète des soupapes d’admission est rarement nécessaire levée complète des soupapes durant toute la sé ence, c’est à dire une levée anticipée combiné à une fermeture retardée des soupapes d’admission lors de la levée maximale, n’est nécessaire e si le conducteur exige du moteur des performances maximales ci est uni ement le cas lors d´une demande simultanée d´un régime moteur élevé et d´un couple important Levée des soupapes en fonction de l’angle du vile equin lentit moteur erformance ma male Levée maximale Admission Échappement Ouverture retardée de l´admission (ORA Admission Levée de soupape Levée de soupape Échappement Angle du vilbrequin Angle du vilbrequin Couple moteur à fai e vitesse de rotation in Levée multiple Admission Échappement Admission Levée de soupape Fermeture avancée de l´admission (FAA Levée de soupape Échappement Cycle ur Angle du vilbrequin Angle du vilbrequin e exploitation plus ef ace de l’énergie mise en œuvre, exige dans tous les autres états de charge, un temps d’ouverture des soupapes réduit, soit une levée réduite ou une levée multiple des soupapes d’admission temps d’ouverture étant plus bref, la bonne antité d’air est aspirée soit une antité moindre, ce i permet de réduire les pertes de pompage 3. Conception et fonctionnement eprésentation schématique de la commande des soupapes en fonction du couple et du régime moteur g g ouple g issance ma male Levée maximale Fermeture retardée des soupapes (longue ouverture des soupapes ecoupement maximal des levées de soupapes Couple ma mum ndement volumetrique ma mum g Fermeture avancée des soupapes (ouverture réduite des soupapes ptimisation de la com stion ptimisation de la com stion g Levée multiple (déplacement de charge Régime moteur 3.2 Les électrovannes de commande es éxigences de précision re uises du système i r pour toujours garantir la meme levée de la meme soupape ou pour le meme actuateur tout le long de la culasse sont éxtrèmement élevées e respect des tolérances de tous les composants sont de ce fait très important, à commencer par les éléments de pompage jus u´au frein hydrauli ue de fin de course es électrovannes de commande jouent un role primordial dans l´ense et servent d´élément de positionnement pour cha levée de soupape re uise ors de la configuratio ce nouveau type d´électrovanne de commande, l exigences de temps d’activation et de désactivation la précision du temps d’activation ainsi ue la durabilité ont constitué des défis particuliers architecture du système conditionné par une électrovanne de commande « normalement ou verte » impli ue ue l’électrovanne de commande doit etre actionnée une fois par rotation de l´arbre à came, et dans le cas d´une utilisation à levée multiple une activation multiple our assurer le remplissage complet de la chambre de haute pression et, par consé uent, avoir la possibilité d’une levée maximale des soupapes au cours du temps de charge du cycle suivant, l’électrovanne de commande sera ouverte brièvement après cha ue cycle afin d’assurer la phase de remplissage mode à levée multiple, après la première ouverture, le systéme doit assurer ue l’induit dans l’électrovanne de commande retrouve à nouveau sa position de repos avant ue l’électrovanne de commande soit activé une seconde fois est pour uoi l’alimentation pour la seconde activation ne peut se produire u’env ms après ue l´induit ait atteint la position de repos Les graphi ues ci-dessous montrent la courbe de commande de l’ alimentation pour une électrovanne de commande et la courbe de levée de soupape moteur correspondante es graphi ues présentent la comparaison des courbes pour une fermeture avancée des soupapes d’ admission et la courbe de levée maximale des soupapes sation d´une électrovanne de de ui soit la plus rapide possible, une consommation de courant us faible possible, une stratégie iale d´activation pour le courant ´activation a été retenu a courbe de courant se décompose en plusieurs sé uences de l’état non alimenté, avant l´activation désiré de l’électrovanne de commande, est établit ce ui est appelé le courant de pré polari sation elui c réalise une pré agnétisation de l’électrovanne de commande , mais n´active pas encore our assurer un pro cessus d´activation rapide et précis, à l’instant de l´activation proprement dit, l’électrovanne de commande est activé par un courant d’une intensité maximale surélevée e point du temps d´activation est déterminé par le logiciel en fonction de l’état de fonctionnement du moteur près ue l’électrovanne de commande ait été complètement activée, l’alimentation électri ue est réduite au courant de maintien ui maintien celle c dans l´état fermé e logiciel détermine alors, à nouveau, le moment de la coupure complète du courant e cette manière, l’électrovanne de commande s’ouvre à nouveau ode fermeture avancée des soupapes d´admission ode ouver ture retardée des soupapes d´admission ectif angulaire et mode Levée rmeture avancée des soupapes d´admission verture retardée des soupapes d´admission ourant Électrovanne Électrovanne de commande ouverte de commande Électrovanne de commande ouverte Électrovanne de commande ouverte Électrovanne de com mande fermé Électrovanne de commande ouverte 3. Conception et fonctionnement a précision des angles d’ouverture et de fermeture des soupapes du moteur est extremement importante pour le fonctionnement du système a précision de temps d´activation des électrovannes de commande contribue également de manière déterminante au fonctionnement du système es le montage des électrovannes de commande et de leurs sous ensembles, différentes valeurs de fonctionnement sont mesurés pendant la production, comme par ex e débit et les temps d´activation outre, les ensembles sont réglés de manière à ce ue les valeurs de fonctionnement soient situées dans les limites re uises e plus, afin d´optimiser la précision des temps d´activations, une fonction de compensation correspondante est réalisée ette fonction est active durant la totalité de la durée de vie du produit et agit ainsi également contre les changements de temps d´activation consécutifs au vieillissement eci assure une égalisation optimale du remplissage des cylindres endant la durée de vie du système, l’électrovanne de commande est activée env 330 millions de fois ealiser ce nombre de cycles d´activations, dans la précision re uise, constitue une contrain te énorme pour l’électrovanne de commande e nouveau type d’électrovanne de commande a été développé, avec le concour des dernières méthodes de conception et de simulation depuis la phase de conception jus u’à la maturité série, en coopération avec ontinental utomotive ystems u cours de nombreux tests de fonctionnement et de durée de vie, aussi bien sur banc d’essai des composants, ue sur banc d´éssai du système ainsi ue sur le véhicule, la fonctionnalité a été vérifiée avec la plus grande précision et l’électrovanne de commande intégré dans l’ensemble du système es électrovannes de commande sont pilotés individuellement par le logiciel de commande au travers des paliers finaux corre spondants a tache du logiciel de commande est de mettre en oeuvre les valeurs re uises par la gestion du moteur, selon des modes définis, ainsi ue des angles d’ouverture et de fermeture des soupapes du moteur ans ce cas, il tient compte des diffé rents facteurs d’influence sur le comportement du système afin de déterminer le moment éxact d´activation des électrovannes de commande e cette manière, les temps d´activation re uis des soupapes moteurs sont « atteints » ans un premier temps, il s’agit d´indi uer les temps d’activation et de désactivation de cha ue électrovanne de commande es sont contro és individuellement à l’aide des courbes de courant lors de cha ue processus d´activation et controlé individuellement pour chacun des cylindres, pour etre ensuite réajustés au moyen de cartographies dans la commande du moteur, en fonction de l’état de fonctionnement de celui c a reconnaissance de la courbe de courant sur l’ensemble des plages de température exigées et la viscosité d’huile correspondante constitue en l´occurrence le défi particulier n de guarantir cette fonctionnalité, l´ensemble des composants de l’électrovanne de commande doivent etre calés entre eux avec la plus grande précision a conception du système et les caractéristi ues de la courbe de levée des soupapes est définie, à coté de l´électrovanne de com mande, également par la conception du système et la géometrie de ces composants aux uels appartient par ex e frein hydrauli ue butée de fin de course s’agit dans ce cas de l´unité de réception, ui transforme la pression hydrauli ue au travers d´un élément de compensation hydrauli ue du jeux des soupapes en mouvement de la soupape moteur ans la mesure où la fermeture de la soupape moteur est toujours réalisée indépendamment du contour de la came, celle c n’est pas freinée mécani uement lors de la fermeture de la soupape e grandes vitesses de fermeture des soupapes, ui d´une part son responsable de l´augmentation du niveau sonore et d´autre part peuvent entrainer des détérioration des soupapes, sont évitées avec l´aide de géometries hydrauli ues de commande ui permettent de freiner la soupape en fin de course ballisti ue de fermeture par le guidage du piston de freinage À l´opposé de grande vitesse d´ouverture sont atteinte, dans la mesure ou le frein butée de fin de course est activé par un clapet spécial anti etour ar la conception correspondante de tous ces composants, tant la fermeture au bon moment de la soupape moteur lors de conditions climati ues hivernales jus u´à 30° en urope et 35° aux , ainsi ue la faible vitesse de fermeture de la soupape avec une huile moteur chaude est guarantie 3.3 Capteur de température pour la viscosité de l’huile moteur e mouvement de soupape et, tout particulièrement, la fonction du frein butée de fin de course est également déterminée par des paramètres d’environnement et de fonctionnement comme, par ex , e régime du moteur ou la viscosité de l’huile our tenir compte de ces valeurs, le système de commande a également besoin de ces informations otamment pour le démarrage à froid et par la suite pour le réchauffement interne du système, il est indispensable de suivre avec attention la viscosité de l’huile cet égard, le capteur de température, en tant ue technologie de capteur additionnelle, est un élément constitutif important du systéme e capteur mesure en temps réel la température de l’huile dans la chambre de haute pression de l´actuateur et fournit à l´unité de commande une valeur importante pour la détermination de la viscosité de l’huile ans ce cas, la mesure de la température de l´eau de refroidisse ment et de l´huile moteur éxistant sur le moteur n´est pas asse rapide e capteur de température avec coefficients de température négatifs est pour cette application tout particulièrement étalonné pour une utilisation á des températures basses et posséde un temps de réaction maximum de 1,4 secondes Attention une manière générale, il est particulièrement important de toujours utiliser l’huile moteur recommandée et homologuée par le constructeur utilisation d’une huile non adaptée peut entraîner des disfonctionnements et, dans les cas éxtrémes, empecher le démarrage du moteur 3.4 Caractéristiques ecapitulatif des principales caractéristiques du système UniAir g réglage en continu de la levée variable des soupapes g augmentation la performance jus uá 10 g réglage en continu du temps d´ouverture et de fermeture des soupapes g augmentation de couple à bas régime jus u´à 15 g g possibilités d´ouvertures multiples des soupapes au cours d´un cycle de moteur à uatre temps un facteur de sécurité très élevé, dans la mesure ou aucune casse moteur n´est possible dans le cas d´un dysfonctionnement g réduction jus u´a 10 la consommation des émissions de 2 et réduction de Notes Notes Notes otline echni ue +33 (0)1 40 92 34 -04 / -05 / -06 rvice ents 33 (0)1 40 92 34 15 chaeffler haeffler om termar et com
