[FPT] [Moteur] Technologie MultiAir

[Mkala]

Depuis quelques années, une petite révolution s'est produite dans le monde des moteurs à combustion. Non, c'est pas vraiment le Twinair qui vient à l’esprit, mais plutôt sa commande des soupapes d'admission appelée MultiAir. Elle ne lui est d'ailleurs pas propre, elle est reprise sur la version 1.4 16v 105CV atmosphérique, 1.4 16V Turbo 135CV et 1.4 16V Turbo 163-180CV entre autres.

L'histoire de la commande de soupapes
Pour commencer, qu'est ce que la commande de soupape ?
Le but du sujet n'est pas de parler du fonctionnement général du moteur, mais de la commande des soupapes, principalement d’admission, celles d'échappement étant un peu moins "stratégiques". La discussion se limitera aux moteurs essence.

Les soupapes ont pour rôle de laisser passer ou bloquer les flux de gaz. Ce gaz est de l'air mélangé avec de l'essence (sauf en injection directe) pour les soupapes d'admissions, et des gaz d'échappement pour les soupapes... d'échappement.
Le but est de faire entrer la plus grande quantité de mélange pour obtenir le max de couple/puissance, mais aussi de faire entrer ce mélange afin de le répartir le mieux possible dans la chambre de combustion.

Quelques technologies. Pour l'automobile, on ne peut plus parler de soupapes latérales. C'est pratique pour la commande, car on met un arbre a came qui s’engrène sur le vilebrequin, et avec des tiges on pousses les soupapes, rappelées par leurs ressorts.
Par contre niveau efficacité, ce modèle peut repasser, il est en voie de disparition même sur les tondeuses...

Un meilleur design à été de mettre les soupapes en tête, soit au dessus du piston. Pour les flux d'arrivée d'air, c'est tellement mieux, et pareil pour évacuer les gaz d'échappement. Par contre ça complique la commande, il faut aller presser sur ces soupapes ! En prenant toujours notre arbre a cames dans le bas moteur, des tiges commandent cette fois des culbuteurs, qui actionnent les soupapes.
L'acronyme de ce montage est OHV, Over Head Valves (soupapes en tête).

Mais dans les voitures modernes, il n'y a gère que le nom de cache culbuteurs qui persiste, ces derniers ayant disparus depuis longtemps. Avoir toute cette "tringlerie" de renvois, la commande indirecte des soupapes n'est pas optimale. Le ou les arbres a cames se donc déplacés au dessus des cylindres, pour commander directement (pas toujours) les soupapes, via des poussoirs (mécaniques, jeu à vérifier et ajuster - ou hydrauliques, auto-ajustants).

Ce positionnement est appelé OHC, Over Head Camshaft. Ou plus souvent DOHC, Double Over Head Camshaft est venu avec l'arrivée de 4 soupapes par cylindre (le fameux 16V sur votre caisse des années 80-90) car avec un seul AAC (arbre à cames) il n'est pas possible de commander autant de soupapes. Un est donc chargé des 8 soupapes d’admission, l'autre des 8 d'échappement (ceci sur la base du 4 cylindres "classique" - à adapter au nombre de cylindres bien sûr).

Ces avancées ont aussi permis de nouvelles technologies permanentant de faire varier les timing d'ouvertures des soupapes d'admission, afin de tirer le meilleur parti du couple à bas régime et des chevaux à plus haut régime.
Ce déphasage est commandé par le calculateur. Les plus simples ont deux position, puis après des systèmes continus sont apparus, permettant ainsi d'avoir une infinité de variations, amenant encore une meilleure gestion.
Mais cela ne permet pas de changer le temps d'ouverture, le profile de la came étant défini, on ne peut pas le faire plus mince ou plus prolongé, ni de changer la levée de la soupape.

Ceux du fond qui suivent encore vont me dire "mais les Japonais ils font cela, avec les VTEC et compagnie". Oui, c'est une des commande de soupapes les plus abouties dans les véhicules à usage routier : il est possible de varier le timing (phasage), la levée et la durée de cette levée avec un système d'arbre ayant deux profiles de cames. C'est une commande (indirectement, via des doigts suivant les cames) de soupapes soit avec le profil bas régime, soit avec un profile haut régime, une tige métallique commandée par de l'huile verrouillant le doigt pour les hauts régimes. Il est "fou" a bas régime, il n'actionne pas les soupapes, elles sont actionnées directement par des cames aux profils moins pointus.
Ce moteur mériterait aussi d'y consacrer quelques lignes, mais ce n'est pas le principal sujet ici.

Et voici le multiAir !
Ha enfin ! Mais pour bien comprendre son intérêt, il faut comprendre un minimum les méthodes de commande de soupapes. Et maintenant que nous avons vu la difficulté pour varier le départ d'ouverture, la fermeture (donc les timings) et la levée des soupapes avec les commandes mécaniques traditionnelles, l'approche du MuliAir est vraiment une révolution. Et ce n'est que le début.

Son fonctionnement est le suivant : un lobe de came actionne une pompe hydraulique, qui crée une pression d'huile dans une chambre haute pression. Ensuite, une électrovanne pilotée par le calculateur moteur permet de libérer ou non cette huile afin d'ouvrir la soupape. L'électrovanne fermé, toute la pression d'huile passe et ouvre ainsi complètement les soupapes, si l’électrovanne s'ouvre, la pression retombe et les soupapes se ferment par rappel de ressort.
Une pompe hydraulique haute pression et une électrovanne de commande par cylindre, actionnant les deux soupapes d'admission.

C'est une première hors compétition ! Enfin presque, pour être totalement honnête, BMW a sorti un système assez avancé Valvetronic en 2001, alors que Fiat dépose le brevet multiAir en 2002, et le commercialise encore bien plus tard. Le système BMW est différent, c'est un moteur électrique qui créé un décalage d'un doigt qui actionne différemment la soupape, sous un profil de came assez « large ». Toyota à un système similaire, appelé Valvematic.
Ces systèmes peuvent se passer de papillon d'admission, ils sont en effet capables de réguler la quantité d'air admise dans la chambre de combustion en variant la levée de soupape et la durée d'ouverture.

Mais le multiAir est plus avancé, en plus de permettre de gérer la levée et la durée, il permet également de faire deux ouvertures dans un cycle d'admission ! Il est aussi possible de gérer chaque cylindre séparément. Les autres systèmes de gestion de soupapes sont électro-mécaniques, alors que le système Fiat est électro-hydraulique.
Ces variations de levée et de durée sont définis dans plusieurs stratégies qui sont adoptées suivant les conditions par décision du calculateur, FPT (Fiat PowerTrain – département moteur et boite de vitesses du groupe) en ayant retenu 5.

Late Opening: Lorsque le moteur est au ralenti, une ouverture partielle de la soupape d'admission se fait en en fermant l’électrovanne après le début du cycle d'admission. L'air entre ainsi plus rapidement dans la chambre de combustion, ce qui provoque un bon mélange dans le cylindre.

Early Closing: Pour les bas régimes, l'électrovanne est ouverte avant la fin du profile de la came, ce qui referme la soupape plus tôt. Ceci élimine ainsi le retour de mélange dans le collecteur d'admission et le maximum d'air reste dans le cylindre.

Partial Load: L’électrovanne de commande s'ouvre avant la fin du cycle d’admission, afin de contrôler la quantité de mélange requise par rapport au couple moteur nécessaire.

MultiLift: Pour le trafic saccadé en environnement urbain, le système mulairAir permet d'ouvrir deux fois la soupape d'admission dans un seul cycle, améliorant ainsi la répartition et la combustion dans la chambre a faible charge. Ce mode est conçu pour économiser du carburant.

Full Opening: Pour obtenir une puissance maximale, l’électrovanne de commande reste fermée afin que la soupape d'admission s'ouvre au maximum, suivant le profile de l'arbre à cames. Ce fonctionnement est comme si le système MultiAir n'était pas présent.

Mais pourquoi faire ? En fait, en plus d'avoir un moteur avec du répondant, un couple présent et disponible sur une large plage sans être « mou » à haut régime, ce système permet d’améliorer de 10 % la puissance maximale et de 15 % le couple à bas régime (avec la stratégie Early Closing).
Il permet également de réduire de 10 % la consommation de carburant et les émissions polluantes.

Mais ce n'est que le début, d'autres améliorations du MultiAir afin de définir plus de stratégies, un meilleur contrôle de la quantité d'air admise et une gestion plus fine avec le turbo, ainsi que l'injection directe d'essence promettent de belles perspectives !

Une vidéo pour se représenter tout ca :


Droits réservées, pas de copie même partielle de ce contenu sans autorisation écrite. Publié le 05.09.2015 sur myItalianCar.com
Merci de me signaler les erreurs et améliorations.

Références :
http://wardsauto.com/ar/fiat_breathing_multiair_100326
http://fiatlover.com/multiair.html
http://www.nytimes.com/2011/03/27/autom ... .html?_r=1&
http://under-the-skin.org.uk/news_multiair.html
http://www.hondaoldies.de/Korbmacher-Ar ... k/vtec.htm

[Cobra]

Merci de l'info , c'est très intéressant mais là où je reste sceptique c'est sur la conso , 10 % c'est énorme , par exemple sur 6 L on passe à 5,4 L , et de la plupart des essais que j'ai lu c'est pas un domaine où le M.A brille , au mieux il se situe dans les mêmes conso que la concurrence .

Par contre c'est vrai que le 1.4 en 135 ch ( les autres versions je ne sais pas ) est réputé " élastique " prenant assez facilement dès les bas régimes , par contre il est vite limité en haut des tours .....on est plus proche des 5 500 que des 6 500 voir 7 000 tr/mn .

[Mkala]

Merci

Le but principal de mon mini-article est de faire la lumière sur cette technologie. Bien sur après il y a des arguments "marketing" : mettre un pourcentage sur la réduction de conso et des émissions ainsi que le gain en puissance.
Je ne saurais défendre ces valeurs. Mais, pour cerner la conso d'un moteur il faut tenir compte d'autres critères, tels la boite et le poids (pour une voiture on s'en fiche, la conso de cette dernière est suivant ces éléments).

Le fait que le MultiAir 135 soit pas trop rageur vient probablement du turbo : il est petit et réagi bien a bas régime, mais n'arrive plus a suivre a haut régime. Il faudrait qu'il soit a géométrie variable pour être très performant en haut et en bas. Mais peut-être que le MultiAir y est aussi pour quelque chose, je ne suis pas motoriste

[jmjbest]

Rafraîchis ma mémoire, sur les 500 Abarth c'est le Tjet ou le MultiAir ?

[Cobra]

Il me semble que chez Abarth ils ont gardé le Tjet car il monte dans les tours , et je crois qu'il a plus de couple mais à vérifier .

[Marco1975]

Pourtant aux USA la 500 utilise des Multiair turbo...

[Cobra]

" va comprendre Charles ? " ; je viens de voir des annonces sur la Centrale, c'est bien T-jet .

[jmjbest]

Mon Tjet 120cv 500L Trekking je peux donc facilement en tournant la molette le porter à 150cv ! (chose tout à fait inutile je le concède sur ce véhicule..)
Mais impossible de descendre en dessous des 7L, je m'attendais à mieux. J'ai déjà 18000kms sinon

[Cobra]

@ Jmjbest ,

il pèse combien ? tu roules chargés ? plutôt route ou autoroutes ?
Parce qu'à 18 000 le rodage est fait donc

[Mkala]

Il me semble que chez Abarth ils ont gardé le Tjet car il monte dans les tours , et je crois qu'il a plus de couple mais à vérifier .

Sur la Punto Evo ils avaient le MultiAir. Il semble un peu moins rageur que le Tjet, mais il monte bien dans les tours. Il a un plus grand turbo que les MA 135CV
Sur la 500 c'est effectivement le Tjet.

Le MultiAir a 270Nm @2500RPM et 180CV en version EsseEsse.
Le Tjet a 250Nm @3000RPM en version 180CV sur la 500 Competizione.

A voir si la boite limite (boite 5 sur la 500, 6 sur la Punto Evo) mais le MA semble plus coupleux, disponible plus tot.

En dehors des caractéristiques techniques, il y a des impératifs de production. Le MA est plus cher a produire avec l'unité de commande électrohydraulique. D'ailleurs la Punto Evo a apporté le MA, et des véhicules récents comme la 500L et d'autres se re-retrouvent avec le Tjet.