Les soupapes de moteur sont des composants mécaniques utilisés dans les moteurs à combustion interne pour permettre ou restreindre le débit de fluide ou de gaz vers et depuis les chambres de combustion ou les cylindres pendant le fonctionnement du moteur.
Fonctionnellement, ils fonctionnent de la même manière que de nombreux autres types de soupapes en ce sens qu'ils bloquent ou laissent passer le débit, cependant, il s'agit d'un dispositif purement mécanique qui s'interface avec d'autres composants du moteur tels que les culbuteurs afin de s'ouvrir et de se fermer dans le bon ordre et avec le timing correct.
Le terme soupape de moteur peut également désigner un type de clapet anti-retour utilisé pour l'injection d'air dans le cadre des systèmes de contrôle des émissions et de recirculation des gaz d'échappement des véhicules. Ce type de soupape moteur ne sera pas abordé dans cet article.
Les soupapes de moteur sont communes à de nombreux types de moteurs à combustion, qu'ils fonctionnent avec un carburant tel que l'essence, le diesel, le kérosène, le gaz naturel (GNL) ou le propane (PL). Les types de moteurs varient en fonction du nombre de cylindres qui sont les chambres de combustion qui génèrent de l'énergie à partir de l'allumage du carburant.
Ils varient également en fonction du type de fonctionnement (2 temps ou 4 temps) et de l'emplacement de conception des soupapes dans le moteur [soupape en tête (OHV), arbre à cames en tête (OHC) ou soupape dans le bloc (VIB)] .
Un moteur à soupapes en tête (OHV) est un moteur à pistons dont les soupapes sont situées dans la culasse au-dessus de la chambre de combustion. Cela contraste avec les moteurs à tête plate antérieurs, où les soupapes étaient situées sous la chambre de combustion dans le bloc moteur.
L'arbre à cames d'un moteur OHV traditionnel est situé dans le bloc moteur. Le mouvement de l'arbre à cames est transféré à l'aide de poussoirs et de culbuteurs pour actionner les soupapes en haut du moteur.
Un moteur à arbre à cames en tête (OHC) a également des soupapes en tête; cependant, pour éviter toute confusion, les moteurs à soupapes en tête qui utilisent des poussoirs sont souvent appelés «moteurs à poussoirs». Certains premiers moteurs "d'admission plutôt que d'échappement" utilisaient une conception hybride combinant des éléments de soupapes latérales et de soupapes en tête.
La soupape qui permet le mélange dans le cylindre est la soupape d'admission; celle par laquelle s'échappent les gaz usés est la soupape d'échappement. Ils sont conçus pour s'ouvrir et se fermer à des moments précis, afin de permettre au moteur de fonctionner efficacement à toutes les vitesses.
L'opération est contrôlée par des lobes en forme de poire, appelés cames, sur un arbre rotatif, l'arbre à cames, entraîné par une chaîne, une courroie ou un ensemble d'engrenages du vilebrequin.
Là où l'arbre à cames est monté dans le bloc moteur, de petits poussoirs de cylindres métalliques reposent dans des canaux au-dessus de chaque came, et à partir des poussoirs, une tige de poussée métallique s'étend jusque dans la culasse. Le haut de chaque poussoir rencontre un culbuteur qui s'appuie contre la tige d'une soupape, qui est maintenue en position relevée (fermée) par un ressort hélicoïdal puissant, le ressort de soupape.
Lorsque la tige de poussée monte sur la came, elle fait pivoter le culbuteur, qui pousse la soupape vers le bas (ouverte) contre la pression de son ressort. Au fur et à mesure que le lobe de came tourne davantage, le ressort de soupape agit pour fermer la soupape. C'est ce qu'on appelle un système à soupapes en tête (OHV).
Certains moteurs n'ont pas de poussoirs; les soupapes sont actionnées plus directement par des arbres à cames simples ou doubles dans la culasse elle-même le système à cames en tête.
Comme il y a moins de pièces mobiles entre l'arbre à cames et la soupape, la méthode de l'arbre à cames en tête (OHC) est plus efficace et produit plus de puissance pour une cylindrée donnée qu'un moteur à poussoirs, car elle peut fonctionner à des vitesses plus élevées. Quel que soit le système, il doit y avoir un certain jeu dans l'engrenage de commande, de sorte que la vanne puisse toujours se fermer complètement lorsque les pièces se sont dilatées sous l'effet de la chaleur.
Un jeu de poussoir d'écart préréglé est essentiel entre la tige de soupape et le culbuteur ou la came, pour permettre l'expansion. Les dégagements des poussoirs varient considérablement d'une voiture à l'autre, et un réglage défectueux peut avoir de graves conséquences.
Si l'écart est trop grand, les soupapes s'ouvrent tard et se ferment tôt, ce qui réduit la puissance et augmente le bruit du moteur.
Un jeu trop petit empêche les soupapes de se fermer correctement, avec une perte de compression conséquente. Certains moteurs ont des poussoirs à réglage automatique, qui sont actionnés hydrauliquement par la pression d'huile moteur.
La plupart des soupapes de moteur sont conçues comme des soupapes de style champignon en raison de leur mouvement d'éclatement de haut en bas et comportent une tête de soupape à profil conique qui s'adapte contre un siège de soupape usiné pour sceller le passage des fluides ou des gaz. Elles sont également appelées vannes champignon en raison de la forme particulière de la tête de vanne.
Les deux éléments principaux sont la tige de soupape et la tête de soupape. La tête contient un congé qui mène à une face de siège qui est usinée à un angle spécifié pour correspondre à l'usinage du siège de soupape auquel il correspondra. L'assise de la face de soupape sur le siège de soupape est ce qui assure l'étanchéité de la soupape contre la pression de combustion.
La tige de soupape relie la soupape aux éléments mécaniques du moteur qui actionnent la soupape en créant une force pour déplacer la tige contre la pression d'assise fournie par un ressort de soupape. La rainure de maintien est utilisée pour maintenir le ressort en position, et la pointe de la tige de soupape est contactée à plusieurs reprises par un culbuteur, un poussoir ou un poussoir qui actionne la soupape.
Il existe 3 types différents de soupapes moteur comme suit :
Il est également connu sous le nom de valve champignon en raison de sa forme. Il est utilisé pour contrôler le moment et la quantité de débit de gaz dans un moteur. C'est la soupape la plus utilisée dans un moteur automobile. La soupape à champignon porte ce nom en raison de son mouvement de montée et de descente.
Il se compose d'une tête et d'une tige. La face de soupape généralement avec un angle de 30° à 45° est parfaitement rectifiée, car elle doit correspondre au siège de soupape pour une étanchéité parfaite. La tige a une rainure de verrouillage de retenue de ressort et son extrémité est en contact avec la came pour les mouvements de haut en bas d'une vanne. A l'échappement, un différentiel de pression permet d'assurer l'étanchéité de la soupape. Dans les soupapes d'admission, le différentiel de pression aide à les ouvrir.
La soupape à manchon, comme son nom l'indique, c'est un tube ou un manchon qui 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 sur le côté des manchons s'alignent avec les orifices d'admission et d'échappement du cylindre aux étapes appropriées du cycle du moteur.
La surface intérieure du manchon forme le fût intérieur du cylindre dans lequel coulisse le piston. Le manchon est en mouvement continu permet et chasse les gaz en vertu de la coïncidence périodique de l'orifice découpé dans le manchon avec les orifices formés à travers le moulage du cylindre principal.
Avantages : Ces vannes sont de construction simple et silencieuses. Il y a du bruit car il n'y a pas de pièces faisant du bruit comme les cames de soupape, le culbuteur, les soupapes à poussoir, etc. La soupape à manchon a moins tendance à détoner. Le refroidissement est très efficace car la vanne est en contact avec des chemises d'eau.
Il existe de nombreux types de vannes rotatives. La figure montre la vanne rotative à disque. Il se compose d'un disque rotatif qui a un port. Tout en tournant, il communique alternativement avec les collecteurs d'admission et d'échappement.
Avantages : Les vannes rotatives sont de construction simple et sont fabriquées à moindre coût. Ils conviennent aux moteurs à grande vitesse. Ces vannes ont moins de contraintes et de vibrations. Les veaux rotatifs effectuent des opérations fluides, uniformes et sans bruit.
