Les soupapes de moteur sont des éléments mécaniques utilisés dans les moteurs à combustion interne pour autoriser ou restreindre l'écoulement du fluide ou du gaz vers et depuis les chambres de combustion ou cylindres pendant le fonctionnement du moteur. Fonctionnellement, elles cependant, effectuer de manière similaire à d'autres types de valves en ce qu 'ils bloquent ou passent l'écoulement, ils sont un dispositif purement mécanique qui interfaces avec d'autres composants du moteur tels que les culbuteurs afin d'ouvrir et de fermer dans la séquence correcte et avec le bon timing.
La soupape de moteur à long terme peut également faire référence à un type de clapet anti-retour qui est utilisée pour l'injection d'air dans le cadre du contrôle des émissions et des systèmes de recirculation des gaz d'échappement dans les véhicules. Ce type de soupape de moteur ne sera pas abordée dans cet article.
Les soupapes de moteur sont communs à de nombreux types de moteurs à combustion, si elles coulent un combustible tel que l'essence, le diesel, le kérosène, le gaz naturel liquéfié (GNL), ou le propane (LP). types de moteur varient en fonction du nombre de cylindres qui sont des chambres de combustion qui génèrent de l'énergie à partir de l'allumage du carburant. Ils varient également selon le type d'opération (2 temps ou à 4 temps), et par la mise en place de la conception des soupapes dans le moteur [à soupapes en tête (OHV) à cames en tête (OHC), ou une vanne dans le bloc (VIB)] .
Cet article décrit brièvement le fonctionnement des soupapes du moteur dans les moteurs classiques à combustion, ainsi que des informations présentes sur les types de valves et de leur conception et de matériaux. Plus d'informations concernant d'autres sur d'autres types de vannes se trouve dans notre guide connexe Comprendre Vannes.
Moteur Nomenclature Valve
La plupart des soupapes du moteur sont conçues comme vannes garantissent la fiabilité des en raison de leur mouvement ascendant et descendant popping et disposent d'une tête de soupape de profil conique qui se ajuste contre un siège de soupape usiné pour sceller le passage des fluides ou de gaz. Ils sont aussi appelés valves de champignons en raison de la forme particulière de la tête de soupape. La figure 1 montre la nomenclature pour les différents éléments d'une soupape de moteur typique.
Schéma montrant la nomenclature d'un clapet.
Figure 1 - Nomenclature pour une vanne de moteur standard de style poupée.
Crédit image: https://dieselnet.com
Les deux éléments principaux sont la tige de soupape et la tête de soupape. La tête contient un filet qui se prolonge dans une surface de siège qui est usiné à un angle spécifié pour correspondre à l'usinage du siège de soupape à laquelle il correspond. Les sièges de la face de soupape au siège de soupape est ce qui assure l'étanchéité de la vanne contre la pression de combustion.
La tige de soupape relie la valve aux éléments mécaniques dans le moteur qui actionne le distributeur en créant une force pour déplacer la tige contre la pression des sièges fournie par un ressort de soupape. La rainure de maintien est utilisé pour maintenir le ressort en position, et l'extrémité de la tige de soupape est mis en contact à plusieurs reprises par un bras de culbuteur, poussoir ou poussoir qui actionne la valve.
fonctionnement du moteur
Four stoke ou moteurs à combustion interne à quatre temps faire usage de deux principaux types de valves - la soupape d'admission et la soupape d'échappement. les soupapes d'admission sont ouvertes pour permettre l'écoulement d'un mélange air / carburant dans les cylindres de engine`s avant la compression et l'allumage, tandis que les soupapes d'échappement ouvertes pour permettre l'expulsion des gaz d'échappement provenant du processus de combustion après l'allumage a eu lieu.
En fonctionnement normal, un vilebrequin du moteur à laquelle les pistons sont attachés est lié à un arbre à cames dans le cadre d'un agencement de train de soupapes pour moteur. Le mouvement du mouvement de transfert du vilebrequin à l'arbre à cames par l'intermédiaire d'une chaîne de distribution, courroie de distribution, ou un autre mécanisme à engrenage. La synchronisation et d'alignement entre la position du vilebrequin (qui établit la position du piston dans le cylindre) et la position de l'arbre à cames (qui détermine la position des vannes pour le cylindre) est essentielle, non seulement pour les performances du moteur de crête, mais aussi aux interférences opposent entre les pistons et les soupapes dans les moteurs de compression élevés.
Dans le cycle d'admission, le cylindre d'admission cycles de piston vers le bas lorsque la soupape d'admission ouvre. Le déplacement du piston crée une pression négative qui participe à l'élaboration du mélange air / carburant dans le cylindre. Juste après que le piston atteigne la position la plus basse dans le cylindre (connu sous le point mort bas), la fermeture du clapet d'admission. Dans le cycle de compression, la soupape d'admission est fermée pour isoler le cylindre lorsque le piston remonte dans le cylindre à la position la plus haute (dite point mort haut), qui comprime le mélange air / carburant à un faible volume. Cette action de compression sert à fournir une pression plus élevée contre le piston lorsque le carburant est mis à feu ainsi que de pré-chauffage du mélange pour aider à une combustion efficace du carburant. Dans le cycle d'alimentation, le mélange air / carburant est enflammé qui crée une explosion qui force l'arrière du piston vers la position la plus basse et transfère l'énergie chimique libérée par la combustion du mélange air / carburant dans le mouvement de rotation du vilebrequin. Le cycle d'échappement comporte le piston de remonter vers le haut dans le cylindre, tandis que les restes de soupape d'admission fermée et la soupape d'échappement est ouverte. La pression créée par le piston permet de forcer les gaz d'échappement hors du cylindre par la soupape d'échappement et dans le collecteur d'échappement. En liaison directe avec le collecteur d'échappement sont le système d'échappement, un ensemble de tuyaux qui comprend un pot d'échappement pour réduire le bruit acoustique et un système de catalyseur pour gérer les émissions provenant de la combustion du moteur. Une fois que le piston atteigne la partie supérieure du cylindre dans le cycle d'échappement, la soupape d'échappement commence à se fermer et la soupape d'admission commence à ouvrir, en commençant le processus recommence. Notez que la pression de la bouteille sur la prise aide à maintenir la soupape d'admission ouverte et la haute pression dans le cycle de compression contribue à maintenir les deux vannes sont fermées.
Dans les moteurs qui ont plusieurs cylindres, les quatre mêmes cycles se répètent dans chacun des cylindres, mais séquencés pour que le moteur se révèle puissance en douceur et réduit le bruit et les vibrations. Le séquençage du mouvement du piston, le mouvement de la soupape, et l'allumage se fait grâce à la conception mécanique de précision et le moment électrique de signaux d'allumage aux bougies d'allumage qui enflamment le mélange air / carburant.
Moteur Valve de mouvement
Le mouvement des soupapes du moteur est entraînée par l'arbre à cames du moteur, qui contient une série de lobes ou des cames qui servent à créer un mouvement linéaire de la soupape à partir de la rotation de l'arbre à cames. Le nombre de lobes de came sur l'arbre à cames est égal au nombre de soupapes du moteur. Lorsque l'arbre à cames se trouve dans la tête de cylindre, le moteur est appelé à cames en tête (OHC) de conception; lorsque l'arbre à cames se trouve dans le bloc moteur, le moteur est appelé une conception à soupapes en tête (OHV). Quelle que soit la conception du moteur, le mouvement de base des soupapes du moteur se produit par la came à cheval contre un poussoir ou un poussoir qui fournit une force qui exerce une pression contre la tige de soupape et comprime le ressort de soupape, en éliminant ainsi la tension du ressort qui maintient la soupape dans la position fermée. Ce mouvement de la tige de valve soulève la soupape du siège dans la culasse et ouvre la vanne. Une fois la rotation de l'arbre à cames supplémentaires et le lobe de came se déplace de telle sorte que la partie excentrique ne soit plus en contact directement avec le dispositif de levage ou poussoir, la pression du ressort ferme la vanne comme les tours de tige de soupape sur le tronçon central du lobe de came.
Le maintien du jeu de valve approprié entre la tige de soupape et le culbuteur ou la came est extrêmement important pour le bon fonctionnement des vannes. Il faut un certain jeu minimal afin de permettre la dilatation des pièces métalliques comme la température du moteur augmente pendant le fonctionnement. Les valeurs d'autorisation spécifiques varient d'un moteur à moteur, et l'absence de maintenir un dégagement suffisant peut avoir de graves conséquences pour le fonctionnement du moteur et de la performance. Si le jeu des soupapes est trop grande, les vannes seront ouvertes plus tard de façon optimale et fermera ses portes plus tôt, ce qui peut réduire les performances du moteur et le bruit du moteur d'augmentation. Si le jeu des soupapes est trop petite, les vannes ne se fermeront pas complètement, ce qui peut entraîner une perte de compression. poussoirs de soupapes hydrauliques sont auto-compensation et peut éliminer la nécessité d'ajustements de jeu de soupapes.
Les moteurs à combustion modernes peuvent utiliser un nombre différent de soupapes par cylindre en fonction de la conception et de l'application. Les moteurs plus petits, tels que ceux utilisés dans les tondeuses à gazon peuvent avoir qu'une seule soupape d'admission et une soupape d'échappement. Les moteurs de véhicules plus grands tels que 4, 6 ou 8 cylindres peuvent utiliser quatre soupapes par cylindre ou parfois cinq.
Moteur Valve Matériaux
Les soupapes du moteur sont l'un des composants dans les moteurs à combustion interne qui sont fortement sollicités. La nécessité d'impératifs de fonctionnement du moteur fiable que les soupapes du moteur soit capable de présenter une résistance à l'exposition répétée et en continu à haute température, haute pression de la chambre de combustion, et des contraintes mécaniques et des contraintes de la dynamique du moteur.
Les soupapes d'admission des moteurs à combustion interne sont soumis à un stress thermique moindre à cause des effets de refroidissement du mélange air / carburant entrant qui passe par la valve pendant le cycle d'admission. les soupapes d'échappement, en revanche, sont exposés à des niveaux élevés de stress thermique en étant dans la voie des gaz d'échappement pendant le cycle d'échappement du moteur. En outre, le fait que la soupape d'échappement est ouverte pendant le cycle d'échappement, et non en contact avec les moyens de tête de cylindre le plus petit masse thermique de la tête de face de combustion et la valve a un potentiel plus élevé pour un changement rapide de la température.
les soupapes d'admission, en raison de leurs températures de fonctionnement plus basses, sont généralement constitués de matériaux tels que le chrome, le nickel, l'acier ou de tungstène. Les soupapes d'échappement de température plus élevées peuvent utiliser plus de chaleur métaux résistants tels que le nichrome, le silicium-chrome ou des alliages de cobalt-chrome.
Valve faces qui sont exposées à des températures plus élevées sont parfois rendues plus durable par le soudage de Stellite, qui est un alliage de cobalt et de chrome, à la face de soupape.
D'autres types de matériaux utilisés pour la fabrication de soupapes de moteur comprennent l'acier inoxydable, le titane et les alliages de Tribaloy.
En outre, les revêtements et finitions de surface peuvent être appliquées pour améliorer les propriétés mécaniques et les caractéristiques d'usure des soupapes du moteur. Les exemples comprennent le chromage, le placage phosphate, un revêtement de nitrure, et la finition de tourbillonnement.
Types de soupapes du moteur
En plus de la caractérisation des soupapes du moteur par fonction (apport par rapport à l'échappement), il existe plusieurs types de spécifiques des soupapes du moteur qui existent pour la conception et les matériaux. Les principaux types de soupapes du moteur comprennent:
Monométalliques soupapes du moteur
soupapes du moteur bimétalliques
soupapes du moteur creux
des soupapes de moteur monométalliques, comme leur nom l'indique, sont fabriqués à partir d'un seul matériau qui forme à la fois la tige de soupape et la tête valve. Ces types de valves de moteur fournissent à la fois une grande résistance à la chaleur et présentent de bonnes capacités anti-friction.
des soupapes de moteur bimétalliques, également appelés soupapes de moteur bimétalliques, sont réalisés par l'assemblage de deux matériaux différents en même temps au moyen d'un procédé de soudage par friction pour créer une valve qui possède acier austénitique sur la tête de soupape et de l'acier martensitique pour la tige de soupape. Les propriétés de chacune de ces aciers sont à titre d'optimal, dans lequel l'acier austénitique sur la tête de soupape fournit une résistance à haute température et résistance à la corrosion, et l'acier martensitique pour la tige de soupape offres de résistance à la traction et résistance à l'usure abrasive.
des soupapes de moteur creux sont une soupape bimétallique spécial qui contient une cavité qui est remplie de sodium. Les liquéfie de sodium en tant que la température de la soupape se lève et est mis en circulation par le mouvement de la soupape, ce qui permet de dissiper la chaleur de la tête de soupape plus chaud. La conception creuse facilite davantage le transfert de chaleur à travers la tige qu'avec des valves solides parce que le matériau de tige martensitique est un meilleur conducteur de chaleur que le matériau de la tête austénitiques. valves creuses sont particulièrement adaptés à une utilisation dans les moteurs modernes qui livrent plus de puissance des plus petits, des conceptions plus denses du moteur qui ont des températures de gaz d'échappement supérieure qui vannes solides ne sont pas capables de gérer. Ces températures d'échappement plus élevées sont le résultat de plusieurs conditions, y compris:
Un désir d'un procédé de combustion à combustion pauvre qui réduit les émissions de gaz à effet de serre
Moteur conçoit avec des taux de compression plus élevés et des pressions plus élevées de combustion qui offrent une plus grande efficacité
collecteur intégré conçoit que support turbocompresseurs pour plus de performance du moteur des moteurs plus petits
Il existe plusieurs autres types de modèles de soupapes du moteur. Dites vannes manchons sont constitués d'un tube ou d'un manchon qui se trouve entre la paroi du cylindre et le piston, et qui glissent ou faire pivoter un arbre à cames entraîné hors tension comme avec d'autres soupapes du moteur. Le mouvement de la vanne à manchon provoque ports qui sont découpées dans le manchon pour aligner des orifices correspondants dans la paroi du cylindre à différents points dans le cycle du moteur, fonctionnant ainsi comme une admission du moteur simple et la soupape d'échappement sans la complexité des culbuteurs et les poussoirs.
Caractéristiques techniques du moteur Valve
des soupapes de moteur typiques sont spécifiées par les paramètres indiqués ci-dessous. Notez que ces données sont destinées à des fins d'information et être conscient du fait que les variations des paramètres utilisés pour spécifier les soupapes du moteur peuvent exister du fabricant à l'autre. En comprenant les spécifications, les acheteurs sont mieux équipés pour engager des discussions de leurs besoins spécifiques avec les fournisseurs de soupapes du moteur.
