Tous les moteurs à combustion interne ont besoin d’air et de carburant pour fonctionner correctement. À cette fin, divers orifices dans la chambre du cylindre sont chargés d’insuffler cette paire d’éléments et d’évacuer les gaz qui en résultent. Ces orifices, qui s’ouvrent et se ferment continuellement en quelques millisecondes, sont contrôlés par des soupapes. Celles qui sont chargées de l’admission du carburant sont les soupapes d’admission.
Parce qu’elles régulent l’accès et la fermeture d’un élément liquide ou gazeux à un espace scellé qui atteint des températures et des pressions très élevées, les soupapes d’admission doivent être fabriquées dans des matériaux très résistants et avec des procédés d’une précision chirurgicale. Il convient de noter la différence entre les moteurs à carburateur et les moteurs à injection : dans le premier cas, le mélange air/carburant est réalisé par la soupape d’admission, tandis que dans le second, ce sont les injecteurs qui injectent le carburant dans le cylindre.
Qu’est-ce qu’une soupape d’admission et comment fonctionne-t-elle ?
D’une manière générale, une soupape d’admission est une soupape qui permet à l’air et au carburant de se mélanger dans le cylindre. Comme la soupape d’échappement, elle est conçue pour s’ouvrir et se fermer à des moments précis afin de permettre au moteur de fonctionner efficacement à tous les régimes. Le fonctionnement est contrôlé par des lobes (cames) sur un arbre rotatif (arbre à cames), et est entraîné par une chaîne, une courroie ou un ensemble d’engrenages du vilebrequin.
La soupape d’admission des moteurs de voiture est donc responsable du contrôle de la quantité de carburant entrant dans les chambres de combustion. Elle est plus grande que la soupape d’échappement en raison des conditions à l’entrée du mélange, qui ne sont pas les mêmes qu’à la sortie de l’échappement ; la soupape d’échappement doit résister à des températures plus élevées que la soupape d’admission (pré-allumage contre post-allumage), soit environ 700 degrés Celsius (°C) au lieu de 300 °C.
Dans les moteurs à quatre temps dotés de plusieurs cylindres, les quatre mêmes cycles se répètent pour chacun des pistons, mais ils sont séquencés de manière à ce que le moteur fournisse une puissance et un couple uniformes et minimise le bruit et les vibrations. La séquence du mouvement des pistons, des soupapes et de l’allumage est obtenue grâce à la conception mécanique précise et à la synchronisation électrique des signaux d’allumage vers les bougies d’allumage (ou les bougies de préchauffage pour les moteurs diesel), qui génèrent le mélange air/carburant approprié exactement au bon moment.
De quoi sont faites les soupapes d’admission et où sont-elles situées ?
Les soupapes d’admission et d’échappement se composent d’une partie allongée, appelée tige de soupape, et d’une partie supérieure où se trouve la tête de soupape. À côté, on trouve le siège (responsable de l’étanchéité du cylindre), la clavette (qui relie le plateau à ressort et la soupape) et les guides (bagues insérées dans la culasse qui empêchent l’accumulation d’huile). Ils sont fabriqués en alliages, car ils doivent résister aux températures élevées atteintes lors du processus de combustion.
En règle générale, comme il y a eu de nombreuses configurations différentes au cours de l’histoire, la soupape d’admission est généralement située au sommet du cylindre, dans la partie connue sous le nom de culasse. D’une part, la tête de soupape est généralement fixée à cette pièce et est responsable de l’étanchéité du cylindre. D’autre part, la tige de piston de la partie inférieure est située à l’intérieur du bloc lui-même et a pour fonction de faciliter le mouvement lors de l’ouverture ou de la fermeture des soupapes selon la commande de l’arbre à cames.
Quels sont les types de soupapes d’admission ?
Il existe trois principaux types de soupapes d’admission :
- Les soupapes mono-métalliques : elles sont fabriquées à partir d’un seul matériau résistant aux températures élevées par un processus d’extrusion à chaud ou de refoulement (par exemple : acier mono-molybdène).
- Valve bimétallique : différents matériaux résistants à la chaleur sont combinés dans leur construction, le plus résistant étant placé dans la tête de la valve.
- Les soupapes creuses sont utilisées pour réduire le poids et la température. Elles sont remplies de sodium (point de fusion 97,5 °C), qui peut dissiper la chaleur de la tête vers la tige grâce à l’effet de brassage de l’élément, et atteindre une réduction de température comprise entre 80 °C et 150 °C.
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