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Les soupapes bimétalliques du constructeur [[:w:Mahle GmbH|Mahle GmbH]], par exemple, sont en acier hautement allié pour la tête, tandis que les tiges sont en acier chromé ou nitré pour en améliorer les qualités de glissement et de résistance à l'usure. Certaines tiges de soupape sont également creuses afin d'y insérer du sodium, facilitant le refroidissement. Ces cavités sont remplies aux deux tiers de sodium, liquide à partir de 97,5°C, qui transporte la chaleur de la tête de soupape en se déplaçant dans la tige grâce aux mouvements de la soupape.
 
L'affolement de soupapes est un phénomène mécanique survenant dans un moteur à combustion interne lorsqu'une ou plusieurs soupapes ne suivent plus les consignes de l'arbre à cames ; en général, elles ne se referment pas suffisamment vite. La plupart des moteurs utilise des soupapes dont l'ouverture est commandée par un dispositif mécanique (arbre à cames ± culbuteurs), mais dont le retour est commandé par un ou plusieurs ressorts.
 
=== Phénomène ===
Lors des hauts régimes, la soupape peut ne pas avoir le temps de revenir à sa place. Il s'ensuit au mieux d'une perte de puissance du moteur, accompagnée d'un bruit anormal, au pire d'une casse du haut moteur suite à la rencontre des soupapes en tête et des pistons, rencontre non prévue par le fabricant du moteur. Le phénomène peut également être provoqué par la casse ou l'affaissement d'un ressort de soupape.
 
Avec les moteurs Diesel modernes, la rencontre a lieu à chaque fermeture tardive d'une soupape. La cause est due à leur très fort taux de compression, les pistons remontant très près de la culasse. En général, le régime de rotation de ce type de moteur est contrôlé de façon stricte et est suffisamment faible pour éviter tout problème, mais lors d'un changement de vitesse raté (rétrogradage en sur-régime), le sur-régime moteur peut déclencher le phénomène.
 
=== Remèdes ===
Afin de diminuer le risque du phénomène, plusieurs stratégies sont possibles :
* durcir ou multiplier le nombre de ressorts, l'affolement étant un phénomène lié à la résonance du ressort, qui se produit à une certaine fréquence ; Cette méthode a ses limites puisqu'un ressort plus dur demandera au moteur plus d'efforts pour ouvrir la soupape associée.
* commander mécaniquement le retour de la soupape (commande desmodromique) ;
* utiliser de l'air comprimé à la place des ressorts (ressort pneumatique de soupape).
* Alléger les soupapes et leurs commandes (culbuteurs, tiges de culbuteurs) afin de limiter les masses en mouvements et donc l'effort à fournir par les ressorts.
 
== Position des soupapes ==
[[Fichier:DOHC-Zylinderkopf-Schnitt.jpg|thumb|Coupe d'une culasse montrant les soupapes d'un moteur à soupapes en tête.]]
[[Image:Nockenwelle ani.gif|thumb|Principe des arbres à cames en tête]]
Les moteurs actuels sont généralement des moteurs à soupapes en tête constitués de soupapes en V placées au-dessus du piston. Cette disposition offre une meilleure circulation des gaz et un meilleur taux de compression. Ce système simplifie l'entraînement de la distribution en la rapprochant du vilebrequin.
Les moteurs à soupapes en tête sont sur toutes sortes d'architectures de moteurs à quatre temps (Moteur avec cylindres en V, en ligne, etc.). La disposition en tête, c'est-à-dire au-dessus du cylindre, permet d'avoir une meilleure circulation des gaz et un meilleur taux de compression. Ce système simplifie l'entraînement de la distribution en la rapprochant du vilebrequin. Ces moteurs sont la norme dans l'industrie depuis plusieurs décennies. Il ne faut pas confondre soupape en tête et Arbre à cames car un moteur à soupape en tête peut être « à arbre à cames latéral » (distribution par tiges et culbuteur).
 
=== Risque ===
Sur un moteur à soupape en tête, l'affolement de soupapes (impossibilité pour la soupape de revenir à temps sur son siège aux hauts régimes) peut provoquer la casse du moteur, car, sur la plupart de ces moteurs, les têtes de soupapes se déplacent dans la zone balayée par le piston. Cet inconvénient doit être particulièrement pris en compte sur les moteurs à distribution culbutée, dont de nombreuses pièces en mouvement (soupapes, tiges de culbuteurs, culbuteurs) ont une inertie importante. Les difficultés à surmonter pour faire fonctionner correctement un moteur culbuté à haut régime en limitent la puissance spécifique. Le caractère compact et la simplicité de conception et d'entretien de ces moteurs en ont pourtant longtemps justifié l'utilisation dans les véhicules.
 
=== Solution ===
Pour éviter l’affolement des soupapes il faut réduire le nombre de pièces en mouvement et leur inertie. La solution adaptée est celle de l'arbre a came en tete qui permet d'avoir un nombre très réduit entre l'arbre a came et la tige de soupape. Cet inconvénient peut, aussi, être jugulé par une distribution desmodromique.
 
==Siège de soupape==
[[Fichier:Nissan VQ35DE 005.jpg|thumb|Siège de soupape d'un moteur essence Nissan à 4 soupapes par cylindre.]]
Un siège de soupape de moteur à combustion interne est la pièce sur laquelle les soupapes d'admission ou d'échappement viennent en contact afin de fermer la chambre de combustion. Les sièges de soupapes sont des pièces critiques des moteurs thermiques. En effet, si elles sont mal positionnées, orientées ou mal usinées, des fuites au niveau des soupapes vont se produire ce qui dégradera le taux de compression du moteur, et donc son rendement, sa puissance, son niveau d'émissions polluantes ainsi que sa durée de vie.
 
=== Matériaux et fabrication ===
Les guides de soupape servent à guider précisément les soupapes dans la culasse. Ils permettent ainsi un bon contact entre les soupapes d'admission et d'échappement et leur siège respectif garantissant le bon fonctionnement du moteur. Un guide de soupape est une pièce métallique de forme tubulaire. Les guides sont généralement fabriqués à partir d'alliage de bronze, mais d'autres alliages métalliques sont envisageables. Les sièges de soupapes subissent d'importantes contraintes thermiques, surtout les soupapes d'échappement qui ne sont pas refroidies par le carburant, et mécaniques en raison des fortes pressions de contact et d'abrasion, essentiellement les soupapes d'échappement, dues aux résidus tels que la suie. C'est pourquoi elles sont fabriquées dans des alliages métalliques très durs. Les sièges sont généralement fabriqués à partir de la métallurgie des poudres, car elle permet d'obtenir des alliages hors équilibre.
 
Les sièges de soupapes sont [[:wikt:frettage|frettés]] dans la culasse si bien qu'une large collerette de maintien doit être prévue dans la culasse. Ils sont ensuite [[:w:alésage|réalésés]] afin de garantir : un diamètre intérieur correct, une bonne cylindricité, et surtout une bonne coaxialité avec la portée des sièges de soupapes. Les guides de soupapes doivent être résistants à l'usure et avoir une bonne conductivité thermique. Du fait de la précision requise sur sa géométrie et sur son positionnement, le profil conique où vient s'appuyer la soupape est ensuite usiné. Le frettage des sièges de soupapes dans la culasse permet de récupérer la culasse lorsque le siège est accidenté.
 
=== Défauts ===
[[Fichier:Valve Seat.jpg|thumb|upright=0.9|Le contact entre la soupape et le siège doit être parfait pour assurer un bon fonctionnement.]]
 
Plusieurs défauts de positionnement ou d'usinage peuvent apparaître :
* mauvais appui sur le fond du lamage de la culasse (mauvaise transmission de la chaleur vers la culasse).
* défaut de circularité de la face d'appui.
* défaut de concentricité avec l'axe du guide de soupape.
* mauvais angle de la surface de contact.
 
Ces défauts engendrent des désordres fonctionnels dans la distribution, étant donné que l'étanchéité n'est plus correctement réalisée, mais également une usure excessive des soupapes ainsi qu'une mauvaise dissipation de la chaleur de la chambre de combustion vers la culasse.
 
== Procédé de fabrication ==
Les soupapes à tige sont généralement monométalliques bien qu'elles tendent à devenir bimétalliques, la tête et la tige de matières différentes étant alors assemblées par soudure. Les soupapes étaient auparavant obtenues par [[:w:Matriçage (métallurgie)|matriçage]] ; une barre de diamètre légèrement supérieur à celui de la tige est chauffée à son extrémité pour la ramollir et refoulée pour former la tête. Ce procédé engendre néanmoins des [[:w:Tension mécanique|tensions]] dans la matière en raison d'un chauffage non uniforme de la pièce. C'est la raison pour laquelle cette technique est aujourd'hui remplacée par le procédé d'extrusion. L'opération débute désormais à partir d'une bille d'un diamètre environ égal aux deux tiers de celui de la tête de la soupape finale. En extrudant la bille, la tête et la tige sont ainsi formées.
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=== Articles connexes ===