Dans cet article, vous apprendrez ce que sont les soupapes de moteur et comment elles fonctionnent dans un moteur. Mécanisme des soupapes et refroidissement d’une soupape.

Soupapes de moteur et types de soupapes de moteur

La soupape est un dispositif permettant de fermer et d’ouvrir un passage. Dans les moteurs de véhicules à moteur, deux soupapes de moteur sont utilisées pour chaque cylindre – une soupape d’admission (ou d’entrée) et une soupape d’échappement.

Soupape d’admission

Le carburant est admis dans le cylindre par la soupape d’admission. Lorsqu’elle est fermée, la soupape ferme hermétiquement l’espace de combustion. Les soupapes sont généralement fabriquées en acier inoxydable austénitique qui est un matériau résistant à la corrosion et à la chaleur. La soupape d’admission est soumise à moins de chaleur est généralement faite d’acier allié nickel-chrome.

Vanne d’échappement

Les gaz brûlés s’échappent par la vanne d’échappement. La soupape d’échappement est généralement faite d’acier silchrome qui est un alliage de silicium et de chrome avec une résistance inhabituelle à la chaleur.

Les soupapes utilisées dans les moteurs de voiture sont appelées soupapes à clapet ou à champignon. La tête de la soupape a une face rectifiée avec précision en laissant suffisamment de marge pour éviter un bord mince. La face angulaire est rectifiée sur la tête de la soupape pour faire un angle de 45° ou 30° afin de correspondre à l’angle du siège de soupape dans la culasse. Des rainures de blocage de la retenue du ressort sont prévues à l’extrémité de la tige de soupape.

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Types de soupapes de moteur

Il existe 3 différents types de soupapes de moteur comme suit :

• Soupape à champignon
• Soupape à manchon
• Soupape rotative

Soupape à champignon

Elle est également connue sous le nom de soupape champignon en raison de sa forme. Elle est utilisée pour contrôler le moment et la quantité du flux de gaz dans un moteur. C’est la soupape la plus utilisée dans un moteur automobile. La soupape à clapet est ainsi nommée en raison de son mouvement d’éclatement de haut en bas.

Elle est constituée d’une tête et d’une tige. La face de la soupape présentant généralement un angle de 30° à 45° est parfaitement rectifiée, car elle doit correspondre au siège de la soupape pour une étanchéité parfaite. La tige possède une rainure de blocage du ressort de retenue et son extrémité est en contact avec la came pour les mouvements de montée &descente d’une soupape. Dans les soupapes d’échappement, un différentiel de pression contribue à l’étanchéité de la soupape. Dans les soupapes d’admission, le différentiel de pression aide à l’ouvrir.

Soupape à manchon

La soupape à manchon comme son nom l’indique, que c’est un tube ou un manchon s’insère entre le piston et la paroi du cylindre dans le cylindre d’un moteur à combustion interne, où il tourne/glisse.

Les orifices situés sur le côté des manchons viennent s’aligner avec les orifices d’admission et d’échappement du cylindre aux étapes appropriées du cycle du moteur.

La surface intérieure de la chemise forme le barillet intérieur du cylindre dans lequel coulisse le piston. La chemise est en mouvement continu permet et chasse les gaz en vertu de la coïncidence périodique de l’orifice découpé dans la chemise avec les orifices formés à travers la coulée du cylindre principal.

Avantages : Ces vannes sont de construction simple et leur fonctionnement est silencieux. Il y a du bruit parce qu’il n’y a pas de pièces qui font du bruit comme les cames de soupape, le culbuteur, les soupapes de poussoir, etc…, La soupape à manchon a moins tendance à la détonation. Le refroidissement est très efficace car la soupape est en contact avec des chemises d’eau.

Vanne rotative

Il existe plusieurs types de vannes rotatives. La figure montre la vanne rotative de type disque. Elle est constituée d’un disque rotatif qui comporte un orifice. En tournant, il communique alternativement avec les collecteurs d’admission et d’échappement.

Avantages : Les valves rotatives sont de construction simple et sont fabriquées à des coûts moins élevés. Elles sont adaptées aux moteurs à grande vitesse. Ces valves subissent moins de contraintes et de vibrations. Les veaux rotatifs fonctionnent en douceur, de manière uniforme et sans bruit.

Types de mécanismes de soupapes de moteur

Les soupapes sont actionnées par des cames montées sur un arbre à cames. L’arbre à cames reçoit le mouvement du vilebrequin. Lorsque l’arbre à cames tourne, la came actionne la soupape.

Selon l’emplacement des soupapes, le mécanisme des soupapes est de deux types :

1. Mécanisme des soupapes pour actionner la soupape dans le bloc moteur (soupape à clapet droit).
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2. Mécanisme de soupape pour actionner la soupape dans la culasse (soupape à clapet en tête).
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Dégagement du poussoir de soupape

Un léger jeu est maintenu entre le poussoir de soupape et la tige de soupape dans le cas de la soupape à champignon droit, et entre le culbuteur et la tige de soupape dans le cas de la soupape à champignon en tête. C’est ce qu’on appelle le jeu du poussoir de soupape, et parfois le jeu des soupapes. Ce jeu permet la dilatation de la tige de soupape lorsque le moteur chauffe.

Si le jeu n’est pas suffisant, la soupape ne pourra pas se loger correctement lorsque le moteur chauffe, ce qui entraînera une perte de puissance et le soulèvement de la soupape. Il est préférable d’avoir plus de jeu que nécessaire plutôt que d’en avoir trop peu, malgré la légère augmentation du bruit du mécanisme de la soupape.

Le jeu du poussoir de soupape dépend des facteurs suivants :

1. La longueur de la tige de soupape
2. Le matériau de la soupape.
3. La température à laquelle le moteur fonctionne.

Lève-soupape hydraulique

Il est très silencieux en fonctionnement car il assure un jeu nul du poussoir de soupape. Il ajuste automatiquement sa longueur pour compenser les différences dans le jeu du poussoir de la soupape. De plus, il ne nécessite généralement aucun réglage en service normal. Les variations dues aux changements de température et à l’usure sont prises en charge hydrauliquement.

Ce corps est constitué d’un cylindre et d’un réservoir d’huile. Une ouverture dans le corps est reliée à une ligne de pression d’huile du système de lubrification du moteur pour alimenter le réservoir en huile. Un plongeur s’insère à l’intérieur du cylindre de façon à ce que son extrémité supérieure soit en contact avec le fond de la tige de poussée, et que son extrémité inférieure soit soutenue par l’huile entre elle et le fond du cylindre.

Lorsque la soupape est fermée comme en (a) (came du côté inférieur), l’huile du réservoir ouvre le clapet à bille et soulève le plongeur en passant entre lui et le fond du cylindre. Cela produit un jeu nul entre l’unité de poussoir et la tige de poussoir, et entre le culbuteur et la tige de soupape.

Lorsque la came tourne pour soulever le poussoir comme à (b) (came sur le côté supérieur). Le clapet anti-retour à bille se ferme pour empêcher le retour de l’huile dans le réservoir et amène l’ensemble du lifter à soulever la tige de poussoir pour ouvrir la soupape. Comme le levage commence avec un jeu nul, le bruit est réduit au minimum.

Comme le montre (b), pendant l’opération de levage, une certaine quantité d’huile est autorisée à fuir entre le plongeur et le cylindre, ce qui provoque l’abaissement d’un plongeur pour produire un jeu si le ressort ne l’a pas relevé à nouveau lorsque la pression sur le plongeur est relâchée par la fermeture de la soupape du moteur. Cela rouvre le clapet anti-retour à bille, l’huile arrive à nouveau sous le plongeur et le poussoir est à nouveau réglé pour un jeu nul.

Culbuteur excentrique

Le culbuteur excentrique compense automatiquement la différence de jeu entre la soupape et le poussoir. Il se compose d’un culbuteur conventionnel modifié pour maintenir un excentrique au moyen d’une fente et d’un axe.

Le plongeur et le ressort contrôlent le piston d’un excentrique. Le plongeur est actionné par le ressort et par la pression d’huile provenant d’un orifice dans le culbuteur.

Lorsque la soupape du moteur est fermée (came du côté bas), l’excentrique sous l’action du ressort et du plongeur se déplace pour combler tout jeu, dans la soupape actionnant le train. Lorsque la came tourne pour ouvrir la soupape, le plongeur et le ressort absorbent le choc produit par ce mouvement. Lorsque la came est à l’envers, la soupape est complètement ouverte.

Refroidissement de la soupape

Il est évident que la soupape d’échappement fonctionne plus chaudement que la soupape d’admission parce que la soupape d’échappement est toujours en contact avec les gaz chauds tandis que la soupape d’admission est quelque peu refroidie par la charge fraîche entrante. La soupape d’échappement peut en fait devenir très chaude pendant une courte période de fonctionnement. La face de la soupape est la plus chaude et la tige de la soupape est la partie la plus froide d’une soupape.

La tige de la soupape transmet la chaleur au guide de la soupape et la face de la soupape transmet la chaleur au siège de la soupape, et cela aide à garder la soupape froide. Pour assurer un refroidissement adéquat, la culasse doit être conçue de manière à permettre une bonne circulation de l’eau autour des zones critiques de la soupape.

Si la face de la soupape s’adapte correctement sur le siège de soupape et ferme complètement la chambre de combustion, il n’y aura aucune perte de compression et de puissance. Malgré cela, l’assise correcte de la soupape permet également un contact complet de la face avec le siège de soupape grâce auquel un plus grand transfert de chaleur peut avoir lieu. Un contact inégal peut faire en sorte qu’une soupape fonctionne plusieurs centaines de degrés plus chauds que la normale, ce qui réduira la durée de vie de la soupape

Soupape refroidie au sodium

Dans de nombreux moteurs à usage intensif, des soupapes refroidies au sodium sont utilisées. Une soupape refroidie au sodium a une tige creuse, qui est partiellement remplie de sodium métallique. Le sodium fond à 97’5°C. Ainsi, à la température de fonctionnement, le sodium est liquide. Lorsque le moteur tourne, la soupape monte et descend, le sodium est projeté vers le haut dans la partie la plus chaude de la soupape.

Il absorbe la chaleur, qui est ensuite cédée à la tige plus froide en retombant dans la tige. Cette action permet de garder la tête de la valve froide. Une vanne refroidie au sodium fonctionne jusqu’à 100°C de moins qu’une vanne à tige pleine de conception similaire dans les mêmes conditions de fonctionnement. Cela signifie qu’une vanne refroidie au sodium a une durée de vie plus longue. Mais son utilisation nécessite plus de précautions.

Si la tige creuse de la vanne refroidie au sodium est fissurée ou cassée, elle est potentiellement dangereuse. Le sodium s’enflamme au contact de l’eau. Il provoque une brûlure profonde et grave sur la peau, Tant que le sodium est en sécurité dans la tige de la valve, il n’y a pas de danger.