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Circuit de lubrification

Publié le 19 août 2014
Par Jean-Marc Felten
5 min de lecture
De la pompe à la commande des soupapes, le lubrifiant sous pression est aujourd’hui intégré à la gestion du moteur, avec un rôle important dans le fonctionnement de la combustion, dépassant largement celui de réduction des frottements qui était le sien initialement.
Ce crevé du moteur Porsche 6 cylindres à plat illustre la complexité du circuit de lubrification d’un moteur actuel. (document Porsche)
Ce crevé du moteur Porsche 6 cylindres à plat illustre la complexité du circuit de lubrification d’un moteur actuel. (document Porsche)

Le lubrifiant a considérablement changé au cours des dernières décennies, passant du stade de simple produit limitant les frottements entre les pièces en mouvement à celui de ressource de puissance pour des commandes comme la distribution. La qualité du lubrifiant devient ainsi capitale dans le fonctionnement et assure la longévité.

Fonction de base du lubrifiant

A l’origine, le lubrifiant sert à limiter les frictions entre les pièces en mouvement dans le moteur. Il s’agit, entre autres, des paliers de vilebrequin sur le bloc, des bielles, du piston sur les fûts de cylindres, des paliers d’arbres à cames et d’entraînement d’accessoires sur les alésages de paliers, et des divers entraînements, poussoirs, culbuteurs et tiges de soupapes. L’huile constitue un revêtement fluide qui s’interpose entre les irrégularités des pièces pour éliminer le frottement. Pour permettre l’arrivée de l’huile jusqu’aux points critiques, un circuit est créé dans le bloc du moteur, de la culasse. Une pompe mécanique assure la mise sous pression du circuit. Elle collecte l’huile dans le carter inférieur du moteur. Un filtre retient les particules qui peuvent endommager les pièces en fonctionnement : suies, particules métalliques… Un clapet de décharge régule la pression pour la maintenir constante dès les bas régimes et jusqu’à la rotation maximum du moteur.

A son rôle de réducteur des frottements, le lubrifiant ajoute également une fonction de transporteur de calories, en refroidissant les pièces qu’il parcourt et en se refroidissant dans le carter inférieur puis au travers d’un radiateur ou d’un échangeur thermique suivant les montages et les moteurs. L’huile participe ainsi au refroidissement du moteur en éliminant des calories résultant de l’échauffement des pièces en rotation, au niveau du piston et des soupapes.

La pompe peut être de trois types : à engrenages, à rotors, à palettes. La première solution est la moins favorable au fonctionnement et consomme le plus d’énergie. La pompe à rotors est souvent utilisée de façon directement concentrique sur le vilebrequin. La pompe à palettes avance un argument important, elle permet la conception de pompe à débit variable, qui réduit les pertes d’énergie.

Le contrôle du jeu

Pendant longtemps, les jeux de fonctionnement étaient obtenus par réglage. L’usure des pièces les unes contre les autres et le tassement des métaux contraignaient alors à des réglages fréquents. L’introduction d’un poussoir soumis à une pression hydraulique comme palier ou entre la soupape et l’arbre à cames permet un réglage automatique. Les éléments de réglage automatique ont pris de nombreuses formes depuis l’arrivée de cette évolution : intégrés au poussoir, comme palier d’appui dudit poussoir, ou intégrés au culbuteur.

Le lubrifiant sous pression, source d’énergie

L’huile comme transmetteur de puissance est utilisée dans plusieurs types de distribution qui sont apparus avec les besoins de régulation de fonctionnement des moteurs. Le déphasage de distribution, décalage de l’arbre à cames par rapport à sa poulie d’entraînement, est obtenu par action de la pression hydraulique sur le moyeu mobile de l’arbre à cames. L’huile arrive à la soupape de commande par le centre de l’arbre à cames. L’alimentation est faite par les paliers d’arbre à cames à la pression de fonctionnement du circuit de lubrification. Le corps de l’arbre à cames, creux, constitue un réservoir d’huile sous pression, un piston à l’extrémité arrière de l’arbre à cames agit comme régulateur de pression.

L’utilisation de l’huile pour commander les soupapes sur les moteurs “MultiAir” de Fiat correspond à une fonction de transmetteur de mouvement entre l’arbre à cames et la soupape, avec une régulation active. L’huile comprimée pour agir sur le poussoir de la soupape peut être détournée par un by-pass à commande électronique. L’ouverture de la soupape est alors réduite, décalée ou totalement supprimée.

Agent de régulation thermique

Au contact des pièces les plus chaudes du moteur et absorbant la chaleur émise par la friction des pièces en rotation, l’huile est utilisée comme régulateur. Au démarrage, l’huile est réchauffée plus vite que le liquide de refroidissement. Un échangeur permet de mettre plus rapidement l’ensemble du moteur en température, en chauffant l’eau qui est diffusée de manière homogène dans le bloc et dans la culasse. Quand le moteur est en fonctionnement normal, la contribution est inverse, c’est l’eau qui refroidit l’huile dans l’échangeur.

Incidence sur la qualité des lubrifiants

Pour répondre à des fonctions plus complexes, le lubrifiant doit répondre à des caractéristiques de plus en plus précises. Très fluide à froid pour alimenter rapidement tous les asservissements, l’huile répond à des spécifications très différentes des générations passées, profitant des progrès réalisés sur les lubrifiants, à des exigences très supérieures et à une demande de durée de vie plus longue.

Le contrôle de la qualité du lubrifiant

Les intervalles d’entretien très espacés, définis pour libérer le client du passage dans les ateliers, impliquent une surveillance plus importante du lubrifiant, obtenue grâce à des capteurs de qualité et de niveau. Les fluides homologués par les constructeurs ont une résistance propre, intégrée dans la mémoire du calculateur. Celui-ci reçoit l’information mesurée par une sonde placée sur le carter inférieur et baignant dans l’huile. Son évolution permet de déterminer le niveau de pollution par les agents extérieurs et la dégradation de sa composition chimique. Cette mesure donne au conducteur une indication sur le besoin d’entretien, ou corrige l’intervalle préconisé pour cet entretien.

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ZOOM - La levée variable des soupapes

La pression hydraulique présente dans les paliers d’arbres à cames est utilisée par les constructeurs afin d’apporter une source d’énergie pour le fonctionnement du mécanisme de levée variable des soupapes. Du VTech de Honda au “COD” (Cylinder on Demand) d’Audi, la pression d’huile est mise à contribution pour déplacer des poussoirs, actionner des verrouillages, alimenter des circuits de transfert de mouvement. Le pionnier de cette technique fut Honda en 1991 et la CRX qui fournissait 160 chevaux pour 1 600 cm3. Porsche et Audi utilisent une technique proche pour modifier la levée des soupapes. Chez Honda, comme pour Audi ou Porsche, le poussoir de soupape est divisé en deux parties concentriques, le poussoir intérieur est poussé par une came à faible levée, mais un verrouillage hydraulique le solidarise du poussoir principal qui reçoit la poussée de la came à forte levée. Un circuit d’huile spécifique alimente en pression le verrou liant les deux parties du poussoir. Une commande électronique gère l’ouverture du circuit de verrouillage selon les conditions de fonctionnement du moteur. La pression d’huile est celle du moteur.
Pour le MultiAir Fiat, ou UniAir pour l’équipementier concepteur du système (Schaeffler), la pression d’huile n’a pas de rôle dans le fonctionnement. Elle est nécessaire pour disposer d’un volume suffisant dans le circuit hydraulique. La pression dans chaque circuit de commande de soupape est obtenue par la came qui n’a pas à obéir à un profil particulier, sinon pour pourvoir à une augmentation régulière de la pression jusqu’au retour de la soupape sur son siège. L’objectif est de permettre une levée de la soupape à n’importe quel moment pendant le temps d’admission, ou d’échappement, pour décaler, réduire ou produire une levée irrégulière en créant une fuite dans le circuit entre la came et la soupape. Fiat utilise le MultiAir sur les soupapes d’admission et conserve l’arbre à cames traditionnel sur l’échappement, mais une rampe d’alimentation haute pression façon common rail permet d’obtenir un résultat identique avec une pompe unique, et la suppression totale des arbres à cames et de l’entraînement de la distribution.

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Le déphasage de distribution

Un nombre croissant de moteurs utilise des dispositifs de déphasage de la distribution. La modification du point d’ouverture et de fermeture des soupapes à l’admission comme à l’échappement permet de changer le mode de combustion du mélange, et d’obtenir de meilleures performances de pollution et de couple.
Pour changer la loi d’ouverture, le principe général est de diviser le moyeu du pignon d’entraînement en deux parties qui se déplacent l’une par rapport à l’autre.
Un dispositif hydrau-mécanique est intégré au moyeu d’entraînement. Une commande électrique ouvre des passages d’huile sous pression dans le moyeu, qui agissent sur des palettes et déplacent les deux parties du moyeu. Un déphasage de 20° peut être obtenu en moins d’un tour moteur grâce à l’intégration d’un accumulateur de pression actif intégré à l’arbre à cames.

 

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