Le coup d'Ă©crou#14

🧰 Le coup d'Ă©crou#14 - Le moteur 4 temps / Les parties mobiles (Partie 2)

Les organes de distribution - moteur à soupapes latérales

Sur les moteurs à 4 cylindres trÚs anciens, les soupapes étaient placées latéralement au cylindre ; ce type de moteur est dit à soupapes latérales.

 

L’arbre à cames


L’arbre Ă  cames actionne les soupapes. C’est un arbre portant des bossages ou cames en nombre Ă©gal Ă  celui des soupapes. Il est guidĂ© dans des paliers pratiquĂ©s dans le bloc. Ces paliers peuvent ĂȘtre garnis de coussinets en alliage antifriction.

Sur l’extrĂ©mitĂ© avant de l’arbre se fixe son pignon d'entraĂźnement commandĂ©.
Les cames ont un profil spĂ©cial qui dĂ©termine le soulĂšvement progressif du poussoir et rĂšgle la durĂ©e de ce soulĂšvement dans l’espace et dans le temps. Les cames sont traitĂ©es pour rĂ©duire l’usure due Ă  leur frottement sur le poussoir de la soupape.

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En plus des cames, l’arbre porte en un certain point de sa longueur un excentrique servant à l'entraünement de la pompe à essence.

Sur l’arbre cames est usinĂ© Ă©galement une denture hĂ©licoĂŻdale avec laquelle engrĂšne celle de l’arbre de commande de la pompe Ă  huile et de l’appareil d’allumage ; les deux pignons constituant un renvoi d’angle.
Les portĂ©es de l’arbre Ă  cames sont en nombre variable mais sont assez nombreuses pour limiter les flexions de l’arbre. A la pĂ©riphĂ©rie de ces portĂ©es est parfois usinĂ©e une rainure de graissage.

 

L’entraünement de l’arbre à cames

L’arbre Ă  cames tourne toujours Ă  demi-vitesse du vilebrequin, chacune des cames ne devant faire ouvrir la soupape correspondante qu’une fois pendant un cycle, c’est-Ă -dire en deux tours de vilebrequin. Pour cette raison, le pignon de l’arbre Ă  cames a toujours un diamĂštre double de son pignon d'entraĂźnement montĂ© sur le vilebrequin.

Les dentures des pignons peuvent ĂȘtre droites ou obliques par rapport Ă  l’axe du pignon. Dans ce dernier cas, la denture est dite hĂ©licoĂŻdale. Parfois les dents ont la forme de chevrons.

Les pignons Ă  dentures hĂ©licoĂŻdales ou en chevrons ont un fonctionnement plus silencieux que les pignons Ă  denture droite car les dents ne s'engrĂšnent pas de front. De plus, la surface de contact entre les dents est augmentĂ©e, d’oĂč une rĂ©duction de la pression entre les dents et par consĂ©quence de l’usure.

Les engrenages en chevrons prĂ©sentent un autre avantage : ils annulent les poussĂ©es axiales et annulent les variations de calage de l’arbre Ă  cames susceptibles de se produire avec des engrenages hĂ©licoĂŻdaux si des dĂ©placements axiaux se produisent.

L'entraĂźnement de l’arbre Ă  cames se fait, le plus souvent, par pignons et chaĂźne. GĂ©nĂ©ralement, la chaĂźne est double ou triple ; il en est de mĂȘme pour la denture des pignons.

La chaĂźne de distribution peut ĂȘtre munie d’un tendeur constituĂ© par un pignon montĂ© sur un axe excentrĂ© et auquel on peut donner, en tournant son axe, la position qui convient Ă  une tension normale de la chaĂźne.

 

Les soupapes

Les soupapes ont pour rĂŽle d’obturer et de dĂ©couvrir tour Ă  tour, au moment voulu, les conduits d’admission et d’échappement.

Note : Sur certains moteurs trĂšs poussĂ©s, les soupapes sont creuses dans la partie voisine de la tĂȘte et la cavitĂ© est remplie ensuite de sodium en vue d’une diffusion rapide de la chaleur.

Une soupape se prĂ©sente sous l’aspect d’une tige Ă©panouie Ă  sa partie supĂ©rieure prĂ©sentant ainsi la forme d’un champignon. La partie Ă©panouie, qui constitue la tĂȘte, a son bord infĂ©rieur en forme de chanfrein circulaire constituant la portĂ©e de la soupape.

Ce chanfrein vient porter d’une maniĂšre parfaite sur le siĂšge usinĂ©. L’étanchĂ©itĂ© est obtenue par rodage de la soupape et du siĂšge Ă  l’aide de pĂąte Ă  roder (mĂ©lange de poudre abrasive et d’huile).

 

La tĂȘte de la soupape est plate ou lĂ©gĂšrement convexe.

La tige est parfois percĂ©e sa partie infĂ©rieure d’une mortaise destinĂ©e Ă  recevoir la clavette transversale d’arrĂȘt de la cuvette du ressort. Cette mortaise peut ĂȘtre remplacĂ©e par une gorge oĂč se logent des demi-bagues ayant le mĂȘme rĂŽle que la clavette.

La tige coulisse dans un guide rapportĂ©, placĂ© dans l’axe du conduit obturĂ© par la soupape. Les guides peuvent ĂȘtre soit en fonte soit en bronze.

La soupape est maintenue plaquĂ©e sur son siĂšge par un ressort hĂ©licoĂŻdal qui s’appuie d’une part sur le bloc par l’intermĂ©diaire du guide et, d’autre part, sur une cuvette ou coupelle retenue sur la tige, soit par la clavette soit par les deux demi-bagues.

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Les poussoirs

Les poussoirs sont interposés entre les queues de soupapes et les cames et coulissent soit dans des alésages ménagés dans le bloc à la verticale des cames, soit dans des guides rapportés vissés sur le bloc.

Il existe différents types :

●    Poussoirs à plateau

Poussoirs Ă  plateau

●    Poussoirs à galets

Poussoirs Ă  galets

●    Poussoirs hydrauliques

Poussoir hydrauliques

Les poussoirs des deux premiers types sont percĂ©s, suivant leur axe, d’un trou dans lequel se visse la vis de rĂ©glage du poussoir. Cette vis, appelĂ©e taquet, sert au rĂ©glage du jeu de dilatation qui doit exister Ă  froid entre sa tĂȘte et la tige de soupape. Ce jeu permet la libre dilatation de la tige lorsque la soupape s’échauffe.

Si le rĂ©glage est fait avec un jeu insuffisant, la soupape ne porte plus sur son siĂšge lorsqu’elle s’est dilatĂ©e et la tĂȘte est exposĂ©e au grillage sous l’action de la flamme.

Si le jeu est excessif, la levée de la soupape est réduite et la distribution est bruyante.

Les poussoirs à galets ont l’avantage de supprimer le frottement qui se produit dans les autres types entre la came et le poussoir.

 

Les poussoirs hydrauliques

Ces poussoirs sont Ă  rattrapage automatique de jeu. Autrement dit, le jeu augmente de lui-mĂȘme en fonction de la tempĂ©rature, il est inexistant lorsque la soupape est froide. Ainsi se trouvent supprimĂ©s les claquements qui se produisent entre les queues de soupapes et les poussoirs ordinaires ou entre les soupapes et les culbuteurs.

Ce type de poussoir est d’un prix de revient plus Ă©levĂ© mais il rend le fonctionnement de la distribution silencieux. Il nĂ©cessite cependant un profil spĂ©cial des cames, de maniĂšre Ă  compenser l’élasticitĂ© du systĂšme et Ă  assurer l’ouverture des soupapes avec une rapiditĂ© suffisante.


Les organes de distribution - moteur Ă  soupapes en tĂȘte

Moteur Ă  soupapes en tĂȘte

Le mode de distribution prĂ©cĂ©demment Ă©voquĂ© a Ă©tĂ© abandonnĂ© au profit de la distribution par soupapes en tĂȘte ou soupapes culbutĂ©es. Les soupapes, au lieu d’ĂȘtre placĂ©es dans le bloc cylindre, comme dans un moteur Ă  soupapes latĂ©rales, sont disposĂ©es dans la culasse et fonctionnent la tĂȘte en bas.

C’est dans la culasse que sont mĂ©nagĂ©s les conduits d’admission et d’échappement. Ceux-ci dĂ©bouchent directement dans le fond des chambres de combustion.

Les chapelles qui servent de logement aux soupapes latĂ©rales n’ont plus raison d’ĂȘtre et les chambres de combustion ont de ce fait une forme plus compacte permettant une combustion plus rapide du mĂ©lange gazeux et un taux de compression plus Ă©levĂ©.

Une culasse de moteur à soupapes culbutées se caractérise par une hauteur plus grande que celle de la culasse de moteur à soupapes latérales. Elle est généralement en alliage léger et les siÚges de soupapes tout comme les guides de ces derniÚres y sont rapportées.

L’agencement de la face supĂ©rieure de la culasse varie suivant le systĂšme de commande des soupapes. On peut en distinguer deux :

●    commande à soupapes par arbre à cames dans le carter ;
●    commande à soupapes par arbre à cames en tete.


Commande Ă  soupapes par arbre Ă  cames dans le carter

L’arbre Ă  cames est placĂ© dans le carter comme dans le cas de soupapes latĂ©rales, ainsi que les poussoirs qui ont la forme de cylindres Ă©vidĂ©s.


Chaque poussoir commande, par une tige de culbuteur, un levier appelé culbuteur basculant sur un axe qui agit par sa seconde extrémité sur la soupape.

 

Tiges de culbuteurs

Ces tiges trĂšs rigides, parfois creuses dans un but d’allĂšgement, sont terminĂ©es Ă  leur extrĂ©mitĂ© infĂ©rieure par une demi-sphĂšre qui repose dans un logement Ă©galement hĂ©misphĂ©rique usinĂ© dans le fond du poussoir. L’autre extrĂ©mitĂ© de la tige a la forme d’une coupelle qui s’adapte sur l’extrĂ©mitĂ© hĂ©misphĂ©rique de la tige de rĂ©glage du levier culbuteur.

Tiges de culbuteurs

Leviers culbuteurs

Le levier culbuteur est une piĂšce montĂ©e sur l’axe des culbuteurs. L’une des branches du levier a la forme d’un sabot qui appuie sur la queue de soupape. A l’autre extrĂ©mitĂ©, le levier est percĂ© d’un trou dans lequel se visse la vis de rĂ©glage du jeu de dilatation. L’oeil du levier est percĂ© Ă  sa partie supĂ©rieure d’un trou radial par lequel l’huile venant de l’axe des leviers se rĂ©pand dans une rainure pratiquĂ©e suivant l’arĂȘte supĂ©rieure du levier pour le graissage de l’articulation tige de culbuteur-vis de rĂ©glage.

 

L’axe des culbuteurs

C’est un axe creux guidĂ© dans de nombreux paliers fixĂ©s sur le dessus de la culasse.

 

Soupapes et ressorts

Le montage des soupapes, Ă  part la position inversĂ©e de ces derniĂšres, est le mĂȘme que celui des soupapes latĂ©rales. La fixation des cuvettes de ressort se fait gĂ©nĂ©ralement par demi-bagues.

Les moteurs Ă  soupapes culbutĂ©es, Ă©tant en gĂ©nĂ©ral des moteurs Ă  rĂ©gime rapide, un affolement des soupapes se fait remarquer aux grandes vitesses. Pour Ă©viter cet inconvĂ©nient, deux voire trois ressorts sont placĂ©s concentriquement l’un dans l’autre.

Sur certains moteurs (Panhard), les soupapes sont rappelées sur leur siÚge par des barres de torsion.

Soupapes


La soupape en descendant sous l’action du culbuteur exerce une traction sur l’extrĂ©mitĂ© d’un levier montĂ© en bout d’une barre en acier, immobilisĂ©e en rotation Ă  l’autre extrĂ©mitĂ©. Sous l’action du levier, la barre se vrille lĂ©gĂšrement sur elle-mĂȘme et revient par Ă©lasticitĂ© dans son Ă©tat primitif dĂšs que cesse l’action du culbuteur sur la soupape.

Le rĂ©glage du jeu de dilatation se fait, sur le systĂšme classique, par action sur la vis de rĂ©glage du culbuteur que l’on visse ou que l’on dĂ©visse jusqu’à obtention du jeu voulu entre le sabot du culbuteur et l’extrĂ©mitĂ© de la tige de soupape.


Sur certains moteurs (Peugeot 203), les soupapes sont disposĂ©es suivant deux rangĂ©es parallĂšles Ă  l’axe du moteur : les soupapes d’admission d’un cĂŽtĂ©, celles d’échappement de l’autre. Chaque rangĂ©e de soupapes possĂšde sa propre rangĂ©e de culbuteurs.

Culbuteurs

Cache-culbuteur

L’ensemble des culbuteurs ou rampe de culbuteur est recouvert par un capot de tĂŽle ou d’alliage lĂ©ger coulĂ© rendu Ă©tanche par un joint de liĂšge ou de caoutchouc spĂ©cial et qui empĂȘche les projections d’huile tout en amĂ©liorant l’aspect du moteur.

Commande Ă  soupapes par arbre Ă  cames en tete

La distribution par soupapes en tĂȘte commandĂ©es par un arbre Ă  cames dans le carter a le dĂ©faut d’ĂȘtre bruyante en raison du nombre plus grand de piĂšces en mouvement. Par ailleurs, ces piĂšces agissent par leur inertie et diminuent sensiblement le rendement du moteur.


Pour ces raisons, certains constructeurs ont adoptĂ© une commande des soupapes par un ou deux arbres Ă  cames placĂ©s sur le dessus de la culasse et dĂ©signĂ©s sous le nom d’arbres Ă  cames en tĂȘte.
La firme Salmson a jadis adopté sur ses moteurs ce type de distribution.

Cache culbuteurs

Les soupapes d’admission et les soupapes d’échappement sont disposĂ©es sur deux rangĂ©es ayant chacune son arbre Ă  cames. Les deux arbres parallĂšles sont guidĂ©s dans des paliers usinĂ©s sur le dessus de la culasse et attaquent les soupapes par l’intermĂ©diaire de simples poussoirs.

Les deux arbres à cames sont commandés par un arbre de renvoi orthogonal. Son mouvement lui est donné par couple conique, et transmis simultanément aux deux arbres à cames par engrenages hélicoïdaux.

 

Article Ă©crit par Alexandre Degrandcourt
Crédits: Documents Peugeot, Panhard, Ondulex, Salmson.