Il est possible de retracer l’origine de plusieurs méthodes de distribution variable à l’ère industrielle. Dans le domaine automobile, en ce qui concerne les moteurs à combustion interne conventionnels, la distribution variable a été brevetée par Fiat à la fin des années 1960, même si le premier constructeur à l’avoir introduite dans un véhicule de série est Alfa Romeo, avec la Spider 2000, sortie dans les années 1980. Dès lors, de nombreux constructeurs ont conçu et intégré des systèmes de distribution variable. La gamme de systèmes de distribution variable disponible est désormais très vaste, chaque constructeur donnant à son système un nom différent, ce qui explique le grand nombre d’acronymes les désignant.
Sur les moteurs conventionnels sans distribution variable, il n’est pas possible d’influencer la rotation des arbres à cames : le calage, la durée d’ouverture et la levée des soupapes sont donc fixes. Une fois le calage des arbres à cames et du vilebrequin fixé à l’assemblage, que ce soit à l’aide d’outils spéciaux et/ou de repères de calage, rien ne peut faire varier le calage des soupapes.
La distribution variable permet d’augmenter les performances du véhicule, tout en réduisant la consommation de carburant et les émissions. En fonction du régime, de la charge et de la température du moteur, le réglage de la durée d’ouverture simultanée des deux soupapes, ainsi que de la levée, de l’ouverture et du calage des soupapes est plus souple, ce qui permet d’optimiser les performances du moteur selon le type de charge et l’opération effectuée. Par exemple, à régime moteur faible, le calage des soupapes peut être avancé pour faciliter l’accélération et obtenir le couple idéal, tandis qu’à charge élevée, le calage peut être retardé pour réduire les émissions de gaz d’échappement. Plus le régime moteur est élevé, plus la durée d’ouverture des soupapes est importante, d’où une augmentation de la puissance moteur.
Il existe plusieurs types de distribution variable sur le marché mais le plus courant est le système dit de « déphasage de l’arbre à cames » : un variateur de phase ou dispositif de calage est installé sur le pignon de l’arbre à cames. Les premiers modèles étaient très simples et ne fonctionnaient que sur l’arbre à cames d’admission. Ces systèmes, dits « discrets », ont deux positions (activé ou désactivé) et n’agissent sur le calage qu’à un régime moteur défini (comme le système simple VANOS de BMW). La plupart des modèles de ce type sont contrôlés mécaniquement à l’aide d’un engrenage hélicoïdal à ressort situé dans le variateur de phase.
Les versions de déphasage de l’arbre à cames plus récentes utilisent un ou deux variateurs, selon le constructeur, et sont contrôlées électroniquement et actionnées par voie hydraulique. Ce type de système est dit « continu ». La pression hydraulique, contrôlée par une électrovanne (l’actuateur de position d’arbre à cames) actionnée par le calculateur de gestion moteur, change l’angle des arbres à cames en acheminant l’huile dans les galeries du rotor intérieur, qui fait pression contre les lames.
Cette méthode a pour avantage d’offrir un ajustement continu du calage des soupapes, quel que soit le régime moteur, ainsi qu’une transition généralement plus régulière qu’avec le type « discret ».
| 1 | Boîtier du dispositif de contrôle |
| 2 | Arbre à cames |
| 3 | Côté « retard » |
| 4 | Retour d’huile |
| 5 | Pression d’alimentation en huile |
| 6 | Retour d’huile |
| 7 | Actuateur de position d’arbre à came |
| 8 | Côté « avance » |
| 9 | Galerie d’huile position « retard » |
| 10 | Galerie d’huile position « avance » |
| 11 | Rotor intérieur |
| 12 | Rotor extérieur |
| 13 | Canal annulaire |
Certains constructeurs, dont Honda et son système de distribution variable VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control), ont une came pour chaque soupape sur les arbres à cames d’admission et d’échappement (bien que les moteurs à arbres à cames en tête n’utilisent ce système que pour les soupapes d’admission). La pression de l’huile pousse un axe qui verrouille ensemble le culbuteur conçu pour obtenir une longue durée d’ouverture et une grande levée et les culbuteurs conçus pour une durée d’ouverture et une levée plus courtes. Bien qu’il s’agisse d’un système « discret » et non pas « continu », il a toujours été favori dans l’univers du tuning, en raison des gains de puissance importants qu’il offre.
Les systèmes deviennent de plus en plus complexes et coûteux. La combinaison de ces deux méthodes peut contribuer à une optimisation du rendement moteur et une augmentation de la puissance, tout en rendant les gaz d’échappement moins polluants.
Le constructeur Porsche a fabriqué un système de la sorte, le « Variocam Plus ». Un variateur de phase est installé sur les arbres à cames d’admission, qui sont également dotés de deux profils de cames différents et de deux poussoirs, un intérieur et un extérieur à fonctionnement hydraulique. Le poussoir intérieur entre en contact avec la came centrale (levée et ouverture plus courtes). Lorsqu’il est nécessaire d’agrandir la hauteur de levée des soupapes, les poussoirs intérieur et extérieur sont verrouillés ensemble à l’aide d’un axe, lui-même contrôlé électroniquement par un clapet hydraulique. Une fois les poussoirs verrouillés, les cames extérieures peuvent alors entrer en action et offrir une plus grande levée et une durée d’ouverture plus longue. Les systèmes de déphasage de l’arbre à cames et de commutation des cames sont contrôlés individuellement par le calculateur de gestion moteur. Les principaux paramètres pris en compte sont le régime moteur, le changement des vitesses, la position de la pédale d’accélérateur, ainsi que la température de l’huile et du liquide de refroidissement moteur.
| 1 | Sens de rotation |
| 2 | Variateur de phase |
| 3 | Avance |
| 4 | Retard |
| 5 | Arbre à cames d’admission |
| 6 | Poussoir intérieur |
| 7 | Poussoir extérieur hydraulique |
Fiat dispose déjà d’un système, « Twin Air », utilisant un système de clapets hydrauliques, qui actionnent des poussoirs qui ouvrent par voie hydraulique les deux soupapes d’admission simultanément. Les soupapes d’échappement sont actionnées de manière conventionnelle, avec le camshaft et des poussoirs.
Ces dernières années, les constructeurs se sont lancés dans l’étude, le test et le développement de moteurs à combustion interne sans arbre à cames. Cette méthode impliquerait la fin des systèmes de distribution et de calage des soupapes tels que nous les connaissons.