Les organes de distribution - moteur à soupapes latérales

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

L’arbre à cames

L’arbre à cames actionne les soupapes. C’est un arbre portant des bossages ou cames en nombre égal à celui des soupapes. Il est guidé dans des paliers pratiqués dans le bloc. Ces paliers peuvent être garnis de coussinets en alliage antifriction.

Sur l’extrémité avant de l’arbre se fixe son pignon d'entraînement commandé.
Les cames ont un profil spécial qui détermine le soulèvement progressif du poussoir et règle la durée de ce soulèvement dans l’espace et dans le temps. Les cames sont traitées pour réduire l’usure due à leur frottement sur le poussoir de la soupape.

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

Sur l’arbre cames est usiné également une denture hélicoïdale avec laquelle engrène celle de l’arbre de commande de la pompe à huile et de l’appareil d’allumage ; les deux pignons constituant un renvoi d’angle.
Les portées de l’arbre à cames sont en nombre variable mais sont assez nombreuses pour limiter les flexions de l’arbre. A la périphérie de ces portées est parfois usinée une rainure de graissage.

L’entraînement de l’arbre à cames

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

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

Les pignons à dentures hélicoïdales ou en chevrons ont un fonctionnement plus silencieux que les pignons à denture droite car les dents ne s'engrènent pas de front. De plus, la surface de contact entre les dents est augmentée, d’où une réduction de la pression entre les dents et par conséquence de l’usure.

Les engrenages en chevrons présentent un autre avantage : ils annulent les poussées axiales et annulent les variations de calage de l’arbre à cames susceptibles de se produire avec des engrenages hélicoïdaux si des déplacements axiaux se produisent.

L'entraînement de l’arbre à cames se fait, le plus souvent, par pignons et chaîne. Généralement, la chaîne est double ou triple ; il en est de même pour la denture des pignons.

La chaîne de distribution peut être munie d’un tendeur constitué par un pignon monté sur un axe excentré et auquel on peut donner, en tournant son axe, la position qui convient à une tension normale de la chaîne.

Les soupapes

Les soupapes ont pour rôle d’obturer et de découvrir tour à tour, au moment voulu, les conduits d’admission et d’échappement.

Note : Sur certains moteurs très poussés, les soupapes sont creuses dans la partie voisine de la tête et la cavité est remplie ensuite de sodium en vue d’une diffusion rapide de la chaleur.

Une soupape se présente sous l’aspect d’une tige épanouie à sa partie supérieure présentant ainsi la forme d’un champignon. La partie épanouie, qui constitue la tête, a son bord inférieur en forme de chanfrein circulaire constituant la portée de la soupape.

Ce chanfrein vient porter d’une manière parfaite sur le siège usiné. L’étanchéité est obtenue par rodage de la soupape et du siège à l’aide de pâte à roder (mélange de poudre abrasive et d’huile).

La tête de la soupape est plate ou légèrement convexe.

La tige est parfois percée sa partie inférieure d’une mortaise destinée à recevoir la clavette transversale d’arrêt de la cuvette du ressort. Cette mortaise peut être remplacée par une gorge où se logent des demi-bagues ayant le même rôle que la clavette.

La tige coulisse dans un guide rapporté, placé dans l’axe du conduit obturé par la soupape. Les guides peuvent être soit en fonte soit en bronze.

La soupape est maintenue plaquée sur son siège par un ressort hélicoïdal qui s’appuie d’une part sur le bloc par l’intermédiaire 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.

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 à galets

●    Poussoirs hydrauliques

Les poussoirs des deux premiers types sont percés, suivant leur axe, d’un trou dans lequel se visse la vis de réglage du poussoir. Cette vis, appelée taquet, sert au réglage du jeu de dilatation qui doit exister à froid entre sa tête et la tige de soupape. Ce jeu permet la libre dilatation de la tige lorsque la soupape s’échauffe.

Si le réglage est fait avec un jeu insuffisant, la soupape ne porte plus sur son siège lorsqu’elle s’est dilatée et la tête est exposée 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 à rattrapage automatique de jeu. Autrement dit, le jeu augmente de lui-même en fonction de la température, il est inexistant lorsque la soupape est froide. Ainsi se trouvent supprimés 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 élevé mais il rend le fonctionnement de la distribution silencieux. Il nécessite cependant un profil spécial des cames, de manière à compenser l’élasticité du système et à assurer l’ouverture des soupapes avec une rapidité suffisante.

Les organes de distribution - moteur à soupapes en tête

Moteur à soupapes en tête

Le mode de distribution précédemment évoqué a été abandonné au profit de la distribution par soupapes en tête ou soupapes culbutées. Les soupapes, au lieu d’être placées dans le bloc cylindre, comme dans un moteur à soupapes latérales, sont disposées dans la culasse et fonctionnent la tête en bas.

C’est dans la culasse que sont ménagés les conduits d’admission et d’échappement. Ceux-ci débouchent directement dans le fond des chambres de combustion.

Les chapelles qui servent de logement aux soupapes latérales n’ont plus raison d’être et les chambres de combustion ont de ce fait une forme plus compacte permettant une combustion plus rapide du mélange gazeux et un taux de compression plus élevé.

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 sièges de soupapes tout comme les guides de ces dernières y sont rapportées.

L’agencement de la face supérieure de la culasse varie suivant le système 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 à soupapes par arbre à cames dans le carter

L’arbre à cames est placé dans le carter comme dans le cas de soupapes latérales, ainsi que les poussoirs qui ont la forme de cylindres évidés.

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 très rigides, parfois creuses dans un but d’allègement, sont terminées à leur extrémité inférieure par une demi-sphère qui repose dans un logement également hémisphérique usiné dans le fond du poussoir. L’autre extrémité de la tige a la forme d’une coupelle qui s’adapte sur l’extrémité hémisphérique de la tige de réglage du levier culbuteur.

Leviers culbuteurs

Le levier culbuteur est une pièce montée 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 extrémité, le levier est percé d’un trou dans lequel se visse la vis de réglage du jeu de dilatation. L’oeil du levier est percé à sa partie supérieure d’un trou radial par lequel l’huile venant de l’axe des leviers se répand dans une rainure pratiquée suivant l’arête supérieure du levier pour le graissage de l’articulation tige de culbuteur-vis de réglage.

L’axe des culbuteurs

C’est un axe creux guidé dans de nombreux paliers fixés sur le dessus de la culasse.

Soupapes et ressorts

Le montage des soupapes, à part la position inversée de ces dernières, est le même que celui des soupapes latérales. La fixation des cuvettes de ressort se fait généralement par demi-bagues.

Les moteurs à soupapes culbutées, étant en général des moteurs à régime rapide, un affolement des soupapes se fait remarquer aux grandes vitesses. Pour éviter cet inconvénient, deux voire trois ressorts sont placés concentriquement l’un dans l’autre.

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

La soupape en descendant sous l’action du culbuteur exerce une traction sur l’extrémité d’un levier monté en bout d’une barre en acier, immobilisée en rotation à l’autre extrémité. Sous l’action du levier, la barre se vrille légèrement sur elle-même et revient par élasticité dans son état primitif dès que cesse l’action du culbuteur sur la soupape.

Le réglage du jeu de dilatation se fait, sur le système classique, par action sur la vis de réglage du culbuteur que l’on visse ou que l’on dévisse jusqu’à obtention du jeu voulu entre le sabot du culbuteur et l’extrémité de la tige de soupape.

Sur certains moteurs (Peugeot 203), les soupapes sont disposées suivant deux rangées parallèles à l’axe du moteur : les soupapes d’admission d’un côté, celles d’échappement de l’autre. Chaque rangée de soupapes possède sa propre rangée de culbuteurs.

Cache-culbuteur

L’ensemble des culbuteurs ou rampe de culbuteur est recouvert par un capot de tôle ou d’alliage léger coulé rendu étanche par un joint de liège ou de caoutchouc spécial et qui empêche les projections d’huile tout en améliorant l’aspect du moteur.

Commande à soupapes par arbre à cames en tete

La distribution par soupapes en tête commandées par un arbre à cames dans le carter a le défaut d’être bruyante en raison du nombre plus grand de pièces en mouvement. Par ailleurs, ces pièces agissent par leur inertie et diminuent sensiblement le rendement du moteur.

Pour ces raisons, certains constructeurs ont adopté une commande des soupapes par un ou deux arbres à cames placés sur le dessus de la culasse et désignés sous le nom d’arbres à cames en tête.
La firme Salmson a jadis adopté sur ses moteurs ce type de distribution.

Les soupapes d’admission et les soupapes d’échappement sont disposées sur deux rangées ayant chacune son arbre à cames. Les deux arbres parallèles sont guidés dans des paliers usinés sur le dessus de la culasse et attaquent les soupapes par l’intermédiaire 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 écrit par Alexandre Degrandcourt
Crédits: Documents Peugeot, Panhard, Ondulex, Salmson.