Soupapes d'admission et d'échappement

Dans ce numéro, Blumaq abordera les soupapes d’admission et d’échappement. Avant d’entrer dans les détails, il est utile de contextualiser ces éléments pour en faciliter la compréhension.

Un moteur doit pouvoir gérer la circulation des gaz d’admission et d’échappement, les contrôler et les diriger à travers le collecteur vers la chambre de combustion puis vers le collecteur d’échappement. Cette fonction est assurée par un ensemble de mécanismes constituant le système de distribution.

Dans un moteur à combustion interne, un mélange air-carburant est brûlé pour produire le mouvement des pièces mécaniques. L’air, filtré dans le collecteur, est dirigé vers le collecteur d’admission, où le dosage du carburant est effectué via un carburateur ou un système d’injection.

Une fois le mélange prêt, il pénètre dans la chambre de combustion, où sa combustion transforme l’énergie thermique en énergie mécanique. Après ce processus, les gaz de combustion doivent être évacués pour permettre au cycle de se répéter. Pour que cette circulation se fasse correctement, le moteur doit contrôler l’entrée et la sortie des gaz dans chaque cylindre, tâche assurée par les soupapes d’admission et d’échappement, qui ouvrent et ferment les conduits aux moments précis requis.

Cycles du moteur

Le fonctionnement du moteur à quatre temps est composé de quatre étapes, à savoir :

Prise

Pour cette étape, la soupape d'admission est ouverte, permettant l'entrée de l'air provenant de l'extérieur et générant ainsi l'abaissement du piston, ainsi que le mouvement de la bielle et du vilebrequin.

Compression

Les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées pendant cette étape. Pendant que le vilebrequin tourne, que la bielle et le piston se soulèvent, cela permet à l'air injecté dans l'étage d'admission d'augmenter sa pression plusieurs fois, à la fin de la course de compression, le carburant et l'air à haute pression sont injectés.

Pouvoir

Dans la course de puissance, le piston commence à s'abaisser lorsque le mélange air-carburant comprimé est enflammé par une bougie d'allumage, générant ainsi une explosion à l'intérieur de la chambre de combustion.

Épuiser

Enfin, à ce stade, le vilebrequin tourne à droite, déplaçant ainsi la bielle de sorte que le piston peut remonter pendant que la soupape d'échappement est ouverte, et permet aux gaz de combustion de sortir à travers celle-ci.

Que sont les soupapes d'admission et d'échappement ?

Les soupapes d'admission et d'échappement sont des éléments dont la fonction est de contrôler un débit de liquide ou de gaz ; Celles utilisées dans l'admission et l'échappement d'un moteur à quatre temps sont généralement des soupapes à siège.

Quel est le rôle de ces vannes ? Les soupapes sont des pièces de précision du moteur et ont quatre tâches très importantes dans le fonctionnement du moteur :

• Blocage de sections du flux.
• Contrôle des échanges gazeux.
• Fermeture hermétique des cylindres.
• Dissipation de la chaleur absorbée par les gaz d'échappement de combustion, en la transférant aux inserts de siège de soupape et aux guides de soupape. À des températures allant jusqu'à 800 °C, chaque soupape est ouverte et fermée jusqu'à 70 fois par seconde et, pendant la durée de vie utile du moteur, supporte en moyenne 300 millions de changements de charge.

Fonctionnalités

Soupapes d'admission

La soupape d'admission a pour fonction de relier le collecteur d'admission au cylindre en fonction du temps de distribution. Généralement, ils sont faits d'un seul métal, l'acier avec des alliages de chrome et de silicium qui offrent une bonne résistance à la chaleur et au travail. Certaines zones du métal telles que le siège, la tige et la tête sont généralement trempées pour réduire l'usure. Le refroidissement de cette soupape s'effectue par son contact avec le mélange air-carburant qui dissipe largement sa température généralement en contact avec la tige, et sa température de fonctionnement atteint 200ºC à 300ºC.

Soupapes d'échappement

La soupape d'échappement est en contact permanent avec les gaz d'échappement qui sont à des températures très élevées, elles doivent donc avoir une structure plus solide que les soupapes d'admission.

La chaleur accumulée dans la vanne est libérée à travers son siège à 75 %, il n'est pas surprenant qu'elle atteigne des températures de 800 ºC. En raison de sa fonction unique, cette vanne doit être faite de différents matériaux, sa tête et sa tige sont généralement en acier avec un alliage de chrome et de magnésium car elle a la grande qualité de résister à l'oxydation et aux températures élevées. La partie supérieure de la tige est généralement fabriquée en chrome-silicium. Pour la conductivité thermique, des têtes creuses et des tiges remplies de sodium sont fabriquées, car ce matériau a pour fonction de transférer rapidement la chaleur vers la zone de refroidissement, réduisant la température de la tête jusqu'à 100ºC.

Type de vannes

• Vanne monométallique : Fabriqué rationnellement par processus d'extrusion à chaud ou de forgeage.
• Vannes bimétalliques : elles permettent la combinaison idéale de matériaux pour la tige et la tête.
• Vannes creuses : Cette technologie est utilisée d'un côté pour la réduction du poids et de l'autre pour le refroidissement. Rempli de sodium (point de fusion de 97,5 °C), il peut transférer la chaleur de la tête de soupape à la tige, grâce à l'effet d'agitation du sodium liquide, et obtenir une réduction de température comprise entre 80 °C et 150 °C.