Vannes

Thèmes:

Général
Matériel
Vannes remplies de sodium
Guides de soupape
Différents types de commande de vannes
Mécanisme de vanne avec commande de vanne indirecte
Mécanisme de vanne avec commande directe de vanne
Ajuster le jeu aux soupapes
Technologie multivanne
Calage variable des soupapes et levée de soupape

Général:
Il y a des soupapes dans chaque moteur à combustion. Il y a toujours au moins une vanne d'entrée et une vanne de sortie. Ces vannes sont entraînées par un ou plusieurs arbres à cames à travers la distribution et garantissent que l'air frais peut circuler dans l'espace de combustion, l'air est ensuite emprisonné lors de la compression et peut ensuite quitter l'espace de combustion. L'écoulement des gaz d'admission et d'échappement doit s'effectuer avec le moins de résistance possible.
Les matériaux sont façonnés au mieux à cet effet.
Les soupapes sont montées dans la culasse. La soupape d'admission est souvent plus grande que la soupape d'échappement, car le plus de mélange possible doit pénétrer dans le cylindre. La soupape d'échappement doit être plus petite, car les gaz d'échappement brûlés quittent le cylindre après la course d'échappement, lorsque le piston pousse les gaz hors du cylindre.

A titre d'exemple, nous prendrons le processus à quatre temps d'un moteur à essence. Pendant la course d'admission du moteur, la soupape d'admission s'ouvre et, dans le cas d'un moteur essence à injection indirecte, un mélange air-carburant est aspiré, et dans le cas d'un moteur essence à injection directe, seul de l'air frais est aspiré. . L'air est aspiré car le piston descend. L’air qui entre occupe l’espace qui devient disponible. Lorsque le piston remonte, la soupape d'admission se ferme. Le mélange de carburant et d’air n’a plus nulle part où aller et est comprimé. C'est ce qu'on appelle la course de compression. C'est pourquoi il est important que les vannes ferment correctement. Le mélange s'enflamme lorsque la bougie d'allumage produit une étincelle. Le piston est donc poussé vers le bas avec une force considérable. C’est ce qu’on appelle le coup de force.
Pendant la course d'échappement, la soupape d'échappement s'ouvre et le piston monte. Les gaz brûlés quittent désormais le cylindre et vont à l’échappement. Lorsque le piston est en haut, la soupape d'échappement se ferme et la soupape d'admission s'ouvre. Le piston redescend et la course d'admission suit. En réalité, la soupape d'admission s'ouvre un peu plus tôt, de sorte que les soupapes d'admission et de sortie sont ouvertes en même temps pendant une courte période. C'est ce qu'on appelle le « chevauchement des valves ». La vitesse des gaz brûlés qui quittent le cylindre à travers la soupape d'échappement crée une pression négative, ce qui entraîne une attraction supplémentaire de l'air d'admission. De cette façon, plus d’air peut circuler dans le cylindre que si seulement la soupape d’admission s’ouvrait et que le piston se déplaçait vers le bas. Le niveau de remplissage est ainsi amélioré.

Pour une explication plus détaillée du procédé quatre temps, voir la page «Fonctionnement du moteur à essence" .

Matériel:
Les vannes sont fortement chargées. Surtout les soupapes d'échappement, car elles deviennent extrêmement chaudes et ne peuvent pas être très bien refroidies. Les soupapes d'admission sont en partie refroidies par l'air froid aspiré qui pénètre dans le cylindre. Les gaz d'échappement brûlés s'écoulent devant les soupapes d'échappement à une température pouvant atteindre 900 degrés Celsius. C'est pourquoi les soupapes d'échappement sont également fabriquées dans un matériau différent de celui des soupapes d'admission. Les soupapes d'admission sont souvent en acier chromonnickel. Les soupapes d'échappement sont souvent en acier au chrome-silicium. Pour limiter l'usure due aux températures élevées, les bords extérieurs du disque de soupape (la surface d'étanchéité) et les tiges de soupape sont blindés d'une couche d'alliage de carbure (stellite). Les vannes dissipent la majeure partie de la chaleur à travers le disque de vanne et la tige de vanne. Les valves remplies de sodium ont une meilleure dissipation de la chaleur.

Vannes remplies de sodium :
Les soupapes d'échappement sont creuses à l'intérieur. L'espace creux est rempli à environ 60 % de sodium. Le sodium est un métal qui devient liquide à haute température (à partir d'environ 100 degrés Celsius). Lorsque le moteur tourne, la soupape monte et descend souvent. Le sodium dans la valve est constamment balancé et transporte ainsi la chaleur. Le sodium absorbe la chaleur du disque de valve et la restitue à la tige de valve. Avec les valves remplies de sodium, vous pouvez obtenir une baisse de température de 80 à 100 degrés par rapport aux valves non remplies de sodium.
Les soupapes d'admission n'en ont pas besoin, car elles sont déjà refroidies par l'air entrant.

Sur la figure, la surface grise représente le matériau et la partie rouge représente la cavité remplie de sodium.

Guides de soupapes :
Les soupapes montent et descendent dans la culasse. Il doit y avoir une bonne étanchéité entre la soupape et la culasse, afin qu'aucune huile ne puisse s'écouler de la culasse, le long de la tige de soupape, jusqu'à un passage d'admission ou d'échappement. Il y a toujours un petit film d'huile entre la soupape et le guide de soupape pour la lubrification. Le guide de soupape est représenté en orange sur la figure.

Si de la fumée bleue s'échappe de l'échappement, cela pourrait être dû à des guides de soupape défectueux. Il se peut que les guides de soupape soient devenus plus larges (voir image ci-dessous) de sorte que la soupape ait même du jeu dans la culasse. Dans cette situation, de l’huile peut s’écouler au-delà de la soupape et atteindre le passage d’entrée ou d’échappement. Au sommet du guide de soupape se trouve une pression d'air extérieur, voire parfois une surpression due à une pression de carter plus élevée. Au bas du guide de soupape, les gaz s'écoulent vers le collecteur d'échappement, ce qui procure un effet de vide. Cela augmente les fuites car l'huile est en quelque sorte aspirée le long de la tige de soupape. Lorsque l’huile pénètre dans le collecteur d’échappement, elle n’est pas brûlée. L'huile est chauffée, ce qui entraîne une évaporation partielle. Cela peut entraîner de la fumée bleue sortant du pot d'échappement.

Les guides de soupape peuvent souvent être remplacés séparément. Pour ce faire, la culasse doit être démontée et la soupape retirée de la culasse. Les guides de soupape peuvent alors être remplacés. Les guides de soupape ne peuvent pas être remplacés séparément sur toutes les culasses. Les entreprises de reconditionnement ont souvent une solution à ce problème. Renseignez-vous sur les options de remplacement des guides de soupape auprès d’une entreprise de révision réputée.

Différents types de commande de vannes :
Les vannes peuvent être actionnées de différentes manières. L'image ci-dessous montre cinq versions différentes. Ces différentes versions et les méthodes de réglage sont abordées plus loin sur cette page.

A : Commande indirecte des soupapes avec culbuteurs.
B : Commande directe des soupapes avec culbuteurs à rouleaux.
C : Commande directe des soupapes avec régleurs de soupapes hydrauliques.
D : Commande directe des soupapes avec culbuteurs et soupapes multiples par cylindre.
E : Commande directe des soupapes avec poussoirs hydrauliques et plusieurs soupapes par cylindre.

Pour les moteurs sans poussoirs de soupapes hydrauliques (A, B et D), il est nécessaire de vérifier périodiquement le jeu des soupapes. Vous en saurez plus à ce sujet dans le chapitre « Réglage du jeu aux soupapes » sur cette page. Sur les moteurs équipés de poussoirs hydrauliques, le réglage du jeu aux soupapes n'est ni nécessaire ni possible ; les vérins hydrauliques sont remplis d'huile qui élimine l'excès de jeu.

Mécanisme de vannes à commande indirecte de vannes :
Dans le passé, les moteurs étaient équipés d'un système sous-jacent arbre à cames. De nos jours, les moteurs des voitures particulières ne sont équipés que d’un arbre à cames en tête. La construction avec l'arbre à cames sous-jacent disparaît. L'inconvénient de cette construction est que ces moteurs ne peuvent pas supporter des régimes élevés car il y a beaucoup de masse entre l'arbre à cames et la soupape. À des vitesses élevées, un jeu trop important se produira et la vanne ne s'ouvrira plus et ne se fermera plus aux bons moments.
Le vilebrequin entraîne au moyen de une petite chaîne ou courroie de distribution à l'arbre à cames sous-jacent (voir image ci-dessous). L'arbre à cames pousse le poussoir de soupape et la tige de poussée vers le haut. Le côté droit du culbuteur est relevé. Le culbuteur « bascule » autour de l’axe du culbuteur, poussant le côté gauche vers le bas. Cela force la valve vers le bas contre la force du ressort de valve. Lorsque l'arbre à cames continue de tourner, le ressort de soupape presse la soupape pour la fermer et le culbuteur revient à sa position de départ.

Mécanisme de vanne avec commande directe de vanne :
L’arbre à cames en tête n’est aujourd’hui utilisé que dans les voitures particulières. L'arbre à cames est ensuite placé dans la culasse. L’avantage des moteurs équipés d’un arbre à cames en tête est qu’ils peuvent gérer des régimes plus élevés qu’avec un arbre à cames sous-jacent.

Dans l'image de gauche ci-dessus, vous pouvez voir que la soupape est fermée parce que le ressort de soupape pousse la soupape pour la fermer et que l'arbre à cames tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans l'image de droite, l'arbre à cames est tordu, ce qui pousse la came vers le bas. Le ressort est maintenant comprimé, poussant la valve vers le bas. Lorsque l'arbre à cames a continué à tourner, le ressort de soupape pousse à nouveau la soupape vers le haut. Le ressort de soupape exerce une contre-pression d'environ 20 kg.

L'image montre une représentation schématique d'une valve avec un ressort de valve. Ici, vous pouvez clairement voir sur quelle partie la soupape repose sur la surface de fermeture de la soupape du siège de soupape. En haut se trouvent le siège du ressort (la partie où la came de l'arbre à cames pousse la soupape vers le bas) avec la clavette de soupape et le ressort de soupape en dessous. La clé de valve sert de support pour la valve. Pour retirer la soupape de la culasse, les clavettes de soupape doivent être retirées. Lors du démontage, le siège du ressort doit être poussé vers le bas contre la force du ressort de soupape (des outils spéciaux sont disponibles à cet effet). La vanne sera alors libre de bouger. En retirant les deux clés de soupape à l'aide d'un aimant entre le siège du ressort et la tige de soupape, la soupape peut être retirée de la culasse par le bas.
Lors de l'installation, il faut veiller à ce que la bonne vanne soit réinstallée au bon endroit. Ceux-ci ne peuvent pas être échangés. Lorsqu'une nouvelle vanne est installée, elle devra être poncée avec une pâte à poncer spéciale. Après ponçage, la valve se fermera bien. La nouvelle valve peut ensuite être glissée à travers le guide de tige de valve et les clavettes de valve remises en place. Le ressort de soupape peut alors être à nouveau détendu.

Régler le jeu aux soupapes :
Il doit toujours y avoir un certain jeu entre l'arbre à cames et le culbuteur ou le haut de la soupape. Ce dégagement donne au matériau la possibilité de se dilater. La pièce ne doit pas être trop grande ; la vanne s'ouvre alors moins loin et pendant une durée plus courte. Si le jeu est trop grand, l’arbre à cames mettra plus de temps à pousser la soupape pour l’ouvrir et la soupape se fermera plus tôt. Le jeu ne doit pas non plus être trop petit ; la vanne est alors ouverte plus tôt et fermée plus tard. La vanne reste alors ouverte trop longtemps à chaque fois. Le temps de fermeture de la vanne est donc plus court ; il est possible que la soupape ne puisse pas dissiper sa chaleur vers le siège de soupape de la culasse et qu'elle surchauffe donc. La valve peut alors brûler.

De nos jours, presque toutes les voitures particulières sont équipées de poussoirs hydrauliques. Cependant, il existe encore des fabricants qui développent des moteurs qui nécessitent un réglage du jeu aux soupapes. Dans les voitures des années 90, l’utilisation de poussoirs de valve hydrauliques n’allait pas du tout de soi. Il existe donc encore de nombreux véhicules qui circulent et dont le jeu aux soupapes doit être vérifié périodiquement et ajusté si nécessaire. Les données d'usine indiquent souvent le kilométrage auquel cela doit être effectué (souvent à chaque entretien majeur). Il existe deux constructions différentes pour régler le jeu des soupapes ; au moyen de cales et en ajustant les boulons excentriques. Ces deux éléments sont décrits ci-dessous.
Lorsque les vannes sont réglées, vous ne devez pas commencer à n'importe quel moment. Une attention particulière doit être portée au moment où les vannes sont réglées pour « basculer ». Le culbutage signifie que l’arbre à cames vient de fermer les soupapes d’échappement et est sur le point d’ouvrir les soupapes d’admission. Lorsque le cylindre 1 culbute, cela signifie qu'il est au début de la course d'admission. Le piston du cylindre 1 est alors en haut. Les cylindres 1 et 4 sont toujours à la même hauteur en termes de hauteur (tout comme les cylindres 2 et 3 sont à la même hauteur, voir image ci-dessous). Parce que l'ordre d'allumage est 1-3-4-2 (rappelez-vous le schéma de travail), cela signifie que le cylindre 4 est au début de la course motrice. Après le cylindre 4, c'est au tour du cylindre 2 puis du cylindre 3.

L'image ci-dessous montre le piston du cylindre 1 dans le BPD. Les cornes sont pointées vers le bas ; les soupapes d'admission viennent de se fermer et les soupapes d'échappement sont sur le point de s'ouvrir. A ce moment, les soupapes du cylindre 4 peuvent être réglées ; les cames y sont pointées vers le haut.

Le jeu des soupapes est mesuré avec ce que l'on appelle "jauge d'épaisseur« . La jauge d'épaisseur contient différentes tailles de bandes métalliques, chacune ayant une valeur de 0,05 mm plus épaisse que l'autre. En glissant un certain nombre de languettes entre l'arbre à cames et la soupape, vous pouvez vérifier le jeu. La bande en question ne doit pas être enfoncée trop facilement ; le jeu aux soupapes est alors supérieur à la valeur de la réglette. Si la bande ne rentre pas ou est très lourde et reste coincée, c'est qu'elle est trop épaisse. Une résistance peut être ressentie lorsque la bande est déplacée entre eux.

Réglage du jeu aux soupapes à l'aide de cales :
L'épaisseur de la cale, également appelée « cale », détermine dans ce cas le jeu aux soupapes. Dans l'image ci-dessous, la cale est indiquée en rouge. En remplaçant la cale par une plus épaisse, le jeu aux soupapes diminuera. Il y a alors moins d'espace entre l'arbre à cames et la cale. Sous l'image, il est expliqué comment le jeu des soupapes doit être réglé. Pour régler les vannes, la came de la vanne en question doit être dirigée vers le haut, comme le montre la figure ci-dessous. Lorsque la came est tordue, des mesures incorrectes sont prises. Lors du réglage des soupapes d'un moteur à quatre cylindres, les actions suivantes doivent être prises :

Basculer le cylindre 1 = Régler les vannes du cylindre 4.
Basculer le cylindre 2 = Régler les vannes du cylindre 3.
Basculer le cylindre 3 = Régler les vannes du cylindre 2.
Basculer le cylindre 4 = Régler les vannes du cylindre 1.

Par exemple, la valeur d'usine du jeu aux soupapes ci-dessus peut être de 0,35 mm. Il doit donc y avoir un espace de 0,35 mm entre la cale et l'arbre à cames lorsque la came est pointée vers le haut. L'espace entre les deux pièces peut être mesuré avec la jauge d'épaisseur. Si la bande de 0,35 mm passe très facilement sans ressentir de résistance, cela signifie que la distance entre la soupape et l'arbre à cames est supérieure à 0,35 mm. Dans ce cas, le jeu aux soupapes est trop important. Si une bande de jauge d'épaisseur de 0,45 mm s'insère difficilement entre les deux parce qu'il faut exercer beaucoup de force pour la pousser, cette bande est trop épaisse. Le jeu réel est alors compris entre 0,35 et 0,45 mm. Pour plus de sécurité, une bande de 0,40 mm peut être glissée entre les deux. S'il démarre, mais peut être déplacé d'avant en arrière (une résistance peut être ressentie), alors vous pouvez en être sûr ; le jeu aux soupapes est de 0,40 mm au lieu des 0,35 mm prescrits.

Le jeu aux soupapes étant trop important, une cale plus épaisse doit être installée. Les tailles sont souvent indiquées sur les cales. Dans ce cas, relevez la valeur de la cale trop fine. Soit par exemple 2,75 mm.
Le jeu aux soupapes est trop important ; la cale doit être 0,05mm plus épaisse que celle qui est montée soit 2,75mm. Lorsqu'une cale de (2,75 + 0,05) = 2,80 mm est installée, le jeu aux soupapes est correct. Dans ce cas, installez la cale de 2,80 mm, tournez le vilebrequin de deux tours pour que les soupapes correctes oscillent à nouveau et vérifiez à nouveau le jeu des soupapes.

Il existe souvent des outils spéciaux de démontage pour remplacer facilement les cales. Un exemple de ceci peut être vu dans l’image.

Réglage du jeu aux soupapes à l'aide d'excentriques réglables :
Un système fréquemment utilisé est l’excentrique réglable. La vis de réglage ne peut être tournée qu’une fois le contre-écrou desserré d’un quart de tour. Lorsque la vis de réglage est ensuite tournée, l'espace entre la tige de soupape et le culbuteur augmentera ou diminuera immédiatement. En serrant ensuite le contre-écrou, la vis de réglage est à nouveau verrouillée.

Ici aussi, les soupapes du bon cylindre doivent bien sûr d'abord être réglées en position basculante ! En palpant entre la tige de soupape et le culbuteur avec une jauge d'épaisseur de la bonne épaisseur (c'est-à-dire la même valeur que la valeur d'usine), il est possible de déterminer si le jeu aux soupapes est trop grand, trop petit ou correct. En tournant la vis de réglage et en déplaçant constamment la jauge d'épaisseur entre elle, la position correcte de la vis de réglage peut être trouvée là où le jeu des soupapes est correct. Serrez ensuite le contre-écrou puis vérifiez que le jeu est toujours le même. Il y a de fortes chances que la vis de réglage soit légèrement tournée lors du serrage du contre-écrou, à moins qu'un outil spécial spécifié par le fabricant ne soit utilisé.

Technologie multivanne :
Chaque moteur à quatre temps possède au moins 1 soupape d'admission et 1 soupape d'échappement. Les moteurs plus puissants et économiques ont souvent 2 soupapes d'admission et 2 soupapes d'échappement. Certains types ont 2 soupapes d'admission et 1 soupape d'échappement, ou 3 soupapes d'admission et 1 soupape d'échappement.
Il y a deux avantages principaux à utiliser plusieurs vannes, à savoir :

Les vannes auront un diamètre légèrement plus petit, ce qui entraînera une masse (moins de poids) par vanne inférieure. Le plus grand avantage est que les soupapes ne flottent pas à des régimes moteur élevés. Les soupapes flottantes signifient que lorsque le moteur tourne à un régime élevé (par exemple 5000 XNUMX tr/min), les soupapes s'ouvrent et se ferment si rapidement que les ressorts de soupape n'ont plus le temps de pousser la soupape pour la fermer. La vanne ne se ferme donc pas complètement sur le siège de vanne. Cela peut entraîner un choc du piston contre la vanne ou une surchauffe de la vanne car elle ne peut plus transférer la chaleur au siège de vanne. Les soupapes multiples allègent les soupapes et donnent aux ressorts de soupape suffisamment de temps pour fermer la soupape.
La masse inférieure par vanne permet aux vannes de se fermer plus rapidement. Cela permet d'appliquer un calage variable des soupapes, grâce auquel la position de l'arbre à cames est modifiée à un certain régime moteur ou à une certaine charge.

Calage variable des soupapes et levée de soupape :
Les moteurs modernes utilisent souvent un calage variable des soupapes. Certains motoristes utilisent également une levée de soupape variable (dont BMW). Ces chapitres sont décrits séparément sur les pages :