Vannes
Le mélange carburant/air pénètre dans les cylindres par les orifices des soupapes d'admission et les gaz brûlés sont expulsés par les orifices des soupapes d'échappement. La tête de chaque soupape ouvre et ferme ces orifices de cylindre. Les soupapes utilisées dans les moteurs d'avions sont du type à clapet classique. Les valves sont également typées par leur forme et sont appelées champignon ou tulipe en raison de leur ressemblance avec la forme de ces plantes. La figure illustre diverses formes et types de ces vannes.
Construction de la vanne
Les soupapes des cylindres d'un moteur d'avion sont soumises à des températures élevées, à la corrosion et à des contraintes de fonctionnement ; ainsi, l'alliage métallique des soupapes doit pouvoir résister à tous ces facteurs. Étant donné que les soupapes d'admission fonctionnent à des températures plus basses que les soupapes d'échappement, elles peuvent être en acier au chrome-nickel. Les soupapes d'échappement sont généralement en acier nichrome, silchrome ou cobalt-chrome car ces matériaux sont beaucoup plus résistants à la chaleur.
La tête de soupape a une face meulée qui forme un joint contre le siège de soupape de masse dans la culasse lorsque la soupape est fermée. La face de la vanne est généralement meulée à un angle de 30° ou 45°. Dans certains moteurs, la face de la soupape d'admission est meulée à un angle de 30° et la face de la soupape d'échappement est meulée à un angle de 45°. Les faces de soupape sont souvent rendues plus durables par l'application d'un matériau appelé stellite. Environ 1/16 de pouce de cet alliage est soudé à la face de la soupape et rectifié à l'angle correct. Stellite résiste à la corrosion à haute température et résiste également aux chocs et à l'usure associés au fonctionnement de la vanne. Certains fabricants de moteurs utilisent un revêtement en nichrome sur les soupapes. Cela sert le même objectif que le matériau stellite.
La tige de soupape agit comme un pilote pour la tête de soupape et monte dans le guide de soupape installé dans la culasse à cet effet. La tige de valve est durcie en surface pour résister à l'usure. Le cou est la partie qui fait la jonction entre la tête et la tige. La pointe de la soupape est durcie pour résister au martèlement du culbuteur de la soupape lorsqu'il ouvre la soupape. Une rainure usinée sur la tige près de la pointe reçoit les clés de tige à anneau fendu. Ces clés de tige forment un anneau de verrouillage pour maintenir la rondelle de retenue du ressort de soupape en place.
Certaines tiges de soupapes d'admission et d'échappement sont creuses et partiellement remplies de sodium métallique. Ce matériau est utilisé car il est un excellent conducteur de chaleur. Le sodium fond à environ 208 ° F et le mouvement alternatif de la soupape fait circuler le sodium liquide, lui permettant d'évacuer la chaleur de la tête de soupape à la tige de soupape où elle est dissipée à travers le guide de soupape vers la culasse et les ailettes de refroidissement . Ainsi, la température de fonctionnement de la vanne peut être réduite jusqu'à 300° à 400°F. En aucun cas une valve remplie de sodium ne doit être ouverte ou soumise à un traitement susceptible de provoquer sa rupture. L'exposition du sodium contenu dans ces vannes à l'air extérieur provoque un incendie ou une explosion pouvant entraîner des blessures corporelles.
Les soupapes d'admission les plus couramment utilisées ont des tiges pleines et la tête est plate ou en forme de tulipe. Les soupapes d'admission pour les moteurs de faible puissance sont généralement à tête plate. Dans certains moteurs, la soupape d'admission peut être du type tulipe et avoir une tige plus petite que la soupape d'échappement ou elle peut être similaire à la soupape d'échappement mais avoir une tige et une tête solides. Bien que ces soupapes soient similaires, elles ne sont pas interchangeables car les faces des soupapes sont construites en un matériau différent. La soupape d'admission a généralement un plat fraisé sur la pointe pour l'identifier.
Mécanisme de fonctionnement de la vanne
Pour qu'un moteur alternatif fonctionne correctement, chaque soupape doit s'ouvrir au bon moment, rester ouverte pendant la durée requise et se fermer au bon moment. Les soupapes d'admission sont ouvertes juste avant que le piston n'atteigne le point mort haut et les soupapes d'échappement restent ouvertes après le point mort haut. A un instant donné, donc, les deux soupapes sont ouvertes en même temps (fin de course d'échappement et début de course d'admission). Ce chevauchement des soupapes permet un meilleur rendement volumétrique et abaisse la température de fonctionnement du cylindre. Ce calage des soupapes est contrôlé par le mécanisme d'actionnement des soupapes et est appelé calage des soupapes.
La levée de soupape (distance pendant laquelle la soupape est soulevée de son siège) et la durée de la soupape (durée pendant laquelle la soupape est maintenue ouverte) sont toutes deux déterminées par la forme des lobes de came. Les lobes de came typiques sont illustrés sur la figure. La partie du lobe qui démarre doucement le mouvement du mécanisme de commande de la vanne est appelée une rampe ou une marche. La rampe est usinée de chaque côté du lobe de came pour permettre au culbuteur d'être mis en contact avec la pointe de soupape et ainsi réduire la charge de choc qui se produirait autrement. Le mécanisme de commande des soupapes est constitué d'un anneau de came ou d'un arbre à cames équipé de lobes qui agissent contre un galet de came ou un suiveur de came. Le suiveur de came pousse une tige de poussée et une douille à bille, actionnant un culbuteur, qui à son tour ouvre la soupape. Ressorts,
Anneaux de came
Le mécanisme de soupape d'un moteur radial est actionné par un ou deux anneaux de came, selon le nombre de rangées de cylindres. Dans un moteur radial à une rangée, un anneau avec une double piste de came est utilisé. Une piste actionne les soupapes d'admission, l'autre actionne les soupapes d'échappement. L'anneau de came est une pièce circulaire en acier avec une série de cames ou de lobes sur la surface extérieure. La surface de ces lobes et l'espace entre eux (sur lequel roulent les galets de came) est connue sous le nom de chemin de came. Lorsque l'anneau de came tourne, les lobes amènent le galet de came à soulever le poussoir dans le guide de poussoir, transmettant ainsi la force à travers la tige de poussée et le culbuteur pour ouvrir la soupape. Dans un moteur radial à une rangée, l'anneau de came est généralement situé entre le réducteur d'hélice et l'extrémité avant de la section de puissance. Dans un moteur radial à deux rangées,
.png "Mécanisme de commande des soupapes (moteur radial)")
L'anneau de came est monté concentriquement avec le vilebrequin et est entraîné par le vilebrequin à une vitesse réduite à travers l'ensemble de pignon d'entraînement intermédiaire de came. L'anneau de came a deux ensembles parallèles de lobes espacés autour de la périphérie extérieure, un ensemble (piste de came) pour les soupapes d'admission et l'autre pour les soupapes d'échappement. Les anneaux de came utilisés peuvent avoir quatre ou cinq lobes à la fois sur les pistes d'admission et d'échappement. La synchronisation des événements de soupape est déterminée par l'espacement de ces lobes et la vitesse et la direction auxquelles les anneaux de came sont entraînés par rapport à la vitesse et à la direction du vilebrequin. La méthode d'entraînement de la came varie selon les différentes marques de moteurs. L'anneau de came peut être conçu avec des dents sur la périphérie intérieure ou extérieure. Si le réducteur s'engrène avec les dents à l'extérieur de la couronne, la came tourne dans le sens de rotation du vilebrequin. Si la couronne est entraînée de l'intérieur, la came tourne dans le sens inverse du vilebrequin.
Une came à quatre lobes peut être utilisée sur un moteur à sept cylindres ou à neuf cylindres. Sur le sept cylindres, il tourne dans le même sens que le vilebrequin, et sur le neuf cylindres, à l'opposé de la rotation du vilebrequin. Sur le moteur neuf cylindres, l'espacement entre les cylindres est de 40° et l'ordre d'allumage est 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Cela signifie qu'il y a un espace de 80° entre les impulsions de tir. L'espacement sur les quatre lobes de l'anneau de came est de 90°, ce qui est supérieur à l'espacement entre les impulsions. Par conséquent, pour obtenir une bonne relation entre le fonctionnement des soupapes et l'ordre d'allumage, il est nécessaire d'entraîner la came en sens inverse de la rotation du vilebrequin. En utilisant la came à quatre lobes sur le moteur à sept cylindres, l'espacement entre l'allumage des cylindres est supérieur à l'espacement des lobes de came. Par conséquent,
Arbre à cames
Le mécanisme de soupape d'un moteur opposé est actionné par un arbre à cames. L'arbre à cames est entraîné par un engrenage qui s'accouple avec un autre engrenage fixé au vilebrequin. L'arbre à cames tourne toujours à la moitié de la vitesse du vilebrequin. Lorsque l'arbre à cames tourne, les lobes font monter l'ensemble de poussoir dans le guide de poussoir, transmettant la force à travers la tige de poussée et le culbuteur pour ouvrir la soupape.
Assemblage de poussoir
L'ensemble de poussoir se compose de : 1. Un poussoir cylindrique, qui coulisse dans un guide de poussoir installé dans l'une des sections du carter autour de l'anneau de came ; 2. Un galet de poussoir, qui suit le contour de l'anneau de came et des lobes ; 3. Une douille à bille de poussoir ou une douille à tige de poussée ; et 4. Un ressort de poussoir.
La fonction de l'ensemble de poussoir est de convertir le mouvement de rotation du lobe de came en mouvement alternatif et de transmettre ce mouvement à la tige de poussée, au culbuteur, puis à la pointe de soupape, en ouvrant la soupape au bon moment. Le but du ressort de poussoir est de compenser le jeu entre le culbuteur et la pointe de soupape pour réduire la charge de choc lorsque la soupape est ouverte. Un trou est percé à travers le poussoir pour permettre à l'huile moteur de s'écouler vers les tiges de poussée creuses pour lubrifier les culbuteurs.
Poussoirs/poussoirs solides
Les poussoirs solides ou les suiveurs de came nécessitent généralement que le jeu des soupapes soit réglé manuellement en ajustant une vis et un contre-écrou. Le jeu des soupapes est nécessaire pour s'assurer que la soupape a suffisamment de jeu dans le train de soupapes pour se fermer complètement. Ce réglage ou cette inspection était un élément d'entretien continu jusqu'à ce que les poussoirs hydrauliques soient utilisés.
Poussoirs/poussoirs de soupapes hydrauliques
Certains moteurs d'avions intègrent des poussoirs hydrauliques qui maintiennent automatiquement le jeu des soupapes à zéro, éliminant ainsi la nécessité d'un mécanisme de réglage du jeu des soupapes. Un poussoir hydraulique typique (poussoir de soupape sans jeu) est illustré à la figure.
Lorsque la soupape du moteur est fermée, la face du corps du poussoir (suiveur de came) se trouve sur le cercle de base ou à l'arrière de la came. Le ressort de piston léger soulève le piston hydraulique de sorte que son extrémité extérieure entre en contact avec la douille de la tige de poussée, exerçant une légère pression contre elle, éliminant ainsi tout jeu dans la tringlerie de soupape. Lorsque le piston se déplace vers l'extérieur, le clapet anti-retour à bille se déplace hors de son siège. L'huile de la chambre d'alimentation, qui est directement reliée au système de lubrification du moteur, s'écoule et remplit la chambre de pression. Lorsque l'arbre à cames tourne, la came pousse le corps de poussoir et le cylindre de levage hydraulique vers l'extérieur. Cette action force le clapet anti-retour à bille sur son siège ; ainsi, le corps d'huile emprisonné dans la chambre de pression agit comme un coussin. Pendant l'intervalle où la soupape du moteur est hors de son siège, une fuite prédéterminée se produit entre le piston et l'alésage du cylindre, ce qui compense toute dilatation ou contraction dans le train de soupapes. Immédiatement après la fermeture de la soupape du moteur, la quantité d'huile nécessaire pour remplir la chambre de pression s'écoule depuis la chambre d'alimentation, préparant un autre cycle de fonctionnement.
Les poussoirs de soupapes hydrauliques sont normalement réglés au moment de la révision. Ils sont assemblés à sec (pas de lubrification), les jeux sont vérifiés et les réglages sont généralement effectués à l'aide de tiges de poussée de différentes longueurs. Un jeu de soupape minimum et maximum est établi. Toute mesure entre ces extrêmes est acceptable, mais environ à mi-chemin entre les extrêmes est souhaitable. Les poussoirs de soupape hydrauliques nécessitent moins d'entretien, sont mieux lubrifiés et fonctionnent plus silencieusement que le type à réglage par vis.
Poussoir
La tige de poussée, de forme tubulaire, transmet la force de levage du poussoir de soupape au culbuteur. Une bille en acier trempé est pressée sur ou dans chaque extrémité du tube. Une extrémité sphérique s'insère dans la douille du culbuteur. Dans certains cas, les billes sont sur le poussoir et le culbuteur, et les douilles sont sur la tige de poussée. La forme tubulaire est employée en raison de sa légèreté et de sa résistance. Il permet à l'huile de lubrification du moteur sous pression de passer à travers la tige creuse et les rotules percées pour lubrifier les rotules, le roulement de culbuteur et le guide de tige de soupape. La tige de poussée est enfermée dans un boîtier tubulaire qui s'étend du carter à la culasse, appelés tubes de tige de poussée.
Culbuteurs
Les culbuteurs transmettent la force de levage des cames aux soupapes. Les culbuteurs sont supportés par un palier lisse, à rouleaux ou à billes, ou une combinaison de ceux-ci, qui sert de pivot. Généralement, une extrémité du bras est en appui contre le poussoir et l'autre en appui sur la tige de soupape. Une extrémité du culbuteur est parfois fendue pour accueillir un rouleau en acier. L'extrémité opposée est construite avec soit une pince fendue filetée et un boulon de verrouillage, soit un trou taraudé. Le bras peut avoir une vis de réglage, pour régler le jeu entre le culbuteur et la pointe de la tige de soupape. La vis peut être ajustée au jeu spécifié pour s'assurer que la vanne se ferme complètement.
Ressorts de soupape
Chaque soupape est fermée par deux ou trois ressorts hélicoïdaux. Si un seul ressort était utilisé, il vibrerait ou bondirait à certaines vitesses. Pour éliminer cette difficulté, deux ressorts ou plus (l'un dans l'autre) sont installés sur chaque soupape. Chaque ressort vibre à une vitesse de moteur différente et un amortissement rapide de toutes les vibrations de surtension du ressort pendant le fonctionnement du moteur en résulte. Deux ressorts ou plus réduisent également le risque de faiblesse et de défaillance possible par rupture due à la chaleur et à la fatigue du métal. Les ressorts sont maintenus en place par des verrous fendus installés dans l'évidement de la retenue ou de la rondelle supérieure du ressort de soupape et s'engagent dans une rainure usinée dans la tige de soupape. Les fonctions des ressorts de soupape sont de fermer la soupape et de maintenir solidement la soupape sur le siège de soupape.
