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Mécanique

La distribution constitue l'ensemble des organes qui assurent l'ouverture et la fermeture des conduits amenant l'air ou le mélange aux cylindres. Les éléments fondamentaux de la distribution sont :

les clapets, soupapes ou diaphragmes qui obturent les conduits et leur système de commande.

On distingue deux types de distribution :

·         Distribution par soupapes (l'ouverture est réalisée par le soulèvement d'un disque dans le sens du mouvement du fluide)

·         Distribution par fourreau ou tiroir (l'ouverture est réalisée par le glissement d'un clapet sur un siège fixe dans la même direction que le mouvement du fluide).

Dans le premier cas, l'ouverture des soupapes peut être automatique ou commandée (les soupapes d'admission automatiques, qui étaient très courantes au début du siècle, ne sont plus utilisées actuellement que pour les gros moteurs Diesel lents à deux temps.

Dans tous les autres cas, on utilise des soupapes commandées aussi bien pour l'admission que pour l'échappement. Les fourreaux, tiroirs ou barillets sont également commandés.


La distribution à fourreau


Cette solution fut assez courante après 1905. Le type le plus répandu, étant communément surnommé " à fourreau ", comprenait une ou deux chemises coaxiales au cylindre dont la rotation ouvrait ou fermait les ouvertures de passage des gaz .

La différence entre les phases d'admission et d'échappement exige que le déplacement de la chemise. ou fourreau, suive deux mouvements successifs : une rotation et une translation, ou encore l'utilisation de deux manchons.

L'absence de chocs, une plus grande surface et un fonctionnement silencieux représentent les qualités de ce système. En revanche, une plus grande inertie, une étanchéité insuffisante et des difficultés sur le plan de la lubrification se placent en tête des inconvénients. On a proposé également des distributions à manchon tournant, véritables robinets (Aspin, Barison) qui solutionnaient les problèmes d'inertie en permettant, théoriquement, de grandes vitesses de rotation, mais qui présentaient les défauts déjà signalés de la distribution à fourreau et qui avaient, de plus, un rendement très faible. Les divers systèmes de distribution "sans soupapes" ont atteint une grande diffusion dans les années vingt (Voisin, Panhard), mais sont désormais abandonnés dans les moteurs à quatre temps.


Distribution à soupapes


Cette solution est universellement adoptée sur la plupart des moteurs automobiles, pour ne pas dire sur tous les moteurs, où, pour l'admission comme pour l'échappement, on utilise des soupapes en forme de "champignon".

Différents systèmes de commande de la distribution

 

  

Les mécanismes de commande assurent l'ouverture et la fermeture des soupapes au moment le plus opportun afin de garantir le meilleur remplissage du cylindre et la plus faible contre-pression à l'échappement. L'évolution historique de la distribution va de pair avec celle du moteur.

Du dispositif à soupapes latérales avec arbre à cames dans le bloc- moteur caractérisant les premiers moteurs (conditionnant un faible rapport volumétrique et une chambre de combustion de forme très allongée), on est passé aux soupapes en tête sans modifier la position de l'arbre à cames. On obtint ainsi une plus grande liberté dans le dessin de la culasse tout en réalisant des chambres de combustion plus compactes (rapport surface-volume inférieur), la chaleur dispersée dans le liquide de refroidissement étant moindre et le rendement du moteur augmenté d'autant.

Avec des soupapes latérales, il n'était pas possible d'atteindre des régimes moteur supérieurs à 4 000 tr/mn, surtout à cause de la forme peu adaptée du conduit d'admission. Toutefois, pour une plus grande facilité d'usinage et pour des raisons de prix de revient, ces moteurs furent utilisés durant de longues années sur les voitures de tourisme.

La quasi-totalité des moteurs d'automobiles de grande série a conservé cette architecture jusqu'à la fin des années trente et même au-delà. En France, les 402 Peugeot et 2 CV Citroën marquèrent le début des voitures de grande série équipées de moteurs à soupapes en tête. Signalons également certaines firmes, comme Bugatti, ayant toujours adopté la disposition à soupapes en tête, mais dont la production fut surtout limitée aux modèles sport.

D'autres constructeurs, Morris et Simca, par exemple, abandonnèrent beaucoup plus tard les soupapes latérales (entre 1940 et 1950). Une solution intermédiaire existait également : une distribution à soupapes d'admission en tête et à soupapes d'échappement latérales, utilisée encore récemment par Rolls Royce et par Rover. La nécessité de simplifier la chaîne cinématique de commande de la soupape a déterminé les techniciens à disposer l'arbre à cames en tête.

Cette solution, qui élimine un certain nombre de composants susceptibles de se déformer ou de prendre du jeu, diminue l'inertie des organes en mouvement alternatif, permettant ainsi un meilleur remplissage de la chambre de combustion et une plus grande vitesse de rotation. Adoptée depuis 1898 par l'ingénieur Wilkinsons et, par la suite, en 1904 par Welch, dans un moteur à chambre hémisphérique et à arbre à cames en tête, cette technique s'est affirmée sur la Peugeot à deux arbres à cames en tête qui prit part au Grand Prix de Dieppe en 1912.

L'arbre à cames en tête, limité aux automobiles de course, n'atteindra que plus tard, dans les années 1920-1930, les véhicules de grande diffusion (Bugatti, Salmson en France, Bentley et M.G. en Angleterre et Alfa Romeo). Mais la véritable grande série sera aussi touchée avec, comme précurseurs, l'Alfa Romeo Giulietta, les Fiat 124-125 et les Peugeot 204, 304 et 104.

Chaque soupape est ouverte à chaque cycle, directement ou indirectement, par un excentrique. Dans un moteur à quatre temps, le renouvellement des gaz s'effectue tous les deux tours de l'arbre moteur.

De ce fait, l'arbre sur lequel sont montés les excentriques (arbre à cames) tourne à une vitesse deux fois moins grande que celle du vilebrequin.

Pour les deux-temps, les deux vitesses sont identiques. La disposition et le nombre des arbres à cames conditionnent la forme de la chambre de combustion (triangulaire, hémisphérique, plate) et la position des soupapes (parallèles, inclinées).

On peut choisir :

·         L'arbre à cames dans le carter. Avec cette disposition, les soupapes peuvent être latérales ou bien en tête et commandées par tiges et culbuteurs ;

·         L'arbre à cames en tête avec soupapes (forcément en tête).

Les moteurs à cylindres en ligne utilisent soit un arbre à cames (dans le bloc ou en tête), soit deux arbres à cames en tête.

Les moteurs en V peuvent recevoir un arbre à cames dans le carter (V8 américain et moteur Rolls Royce), deux arbres en tête (V6 Fiat 130 et Mercedes),- ou quatre arbres en tête - deux par rangées de cylindres - (Fiat Dino ou Alfa Romeo Montréal).


Les moteurs à cylindres opposés (boxer) emploient un arbre à cames central (Volkswagen, Panhard et 2 CV Citroën), deux arbres en tête, un par ligne de cylindres (Alfasud), ou quatre arbres en tête - deux par rangée de cylindres - (12-cylindres Boxer Ferrari).

Une solution particulièrement originale est fournie par le moteur à trois arbres à cames. Ce montage particulier existait sur la Fiat 806/406 Grand Prix de 1927. Il s'agissait d'un 12-cylindres (disposés sur deux rangs parallèles) avec deux vilebrequins moteurs et trois arbres à cames en tête. L'arbre central commandait l'admission et les deux autres, extérieurs, l'échappement. La synchronisation entre l'arbre moteur et l'arbre à cames est d'une importance primordiale.

La liaison est assurée soit par un assemblage d'engrenages (le plus souvent à dentures hélicoïdales), pour diminuer le bruit, soit par chaîne, soit enfin par courroie crantée, solution qui tend à s'imposer. La courroie crantée a été adoptée en 1960 sur la Pontiac et, en France, en 1965 sur la Peugeot 204 (n'oublions pas non plus le moteur de la V 8 Glas) à cause de sa plus grande simplicité de fabrication. De plus, elle assure sa fonction avec silence.

Les courroies sont constituées par une structure de support de brins de fibre de verre noyés dans du néoprène embouti, qui est revêtue d'un tissu antifriction. La fibre de verre assure l'inextensibilité de la courroie, le néoprène constitue la partie élastique et le crantage, tandis que le revêtement sert de protection à la courroie elle-même.

Les avantages de cette solution en ont suggéré l'adoption sur des moteurs très différents ; de la Fiat 128 à l'Alfasud, de la Lamborghini Urraco à la Dino V 8 et sur des diesels Ford Transit). Il faut aussi signaler un autre type de transmission par biellettes calées sur deux pivots excentriques. Ce système, toutefois, n'est pas très répandu (NSU Prinz).

Autre genre de commande utilisée aussi dans le passé (par exemple sur les voitures Salmson et encore aujourd'hui sur quelques types de motocyclettes) afin de réduire les parties en mouvement alternatif (poussoirs, tiges) et éviter l'encombrement de la commande par chaîne : il s'agit d'un arbre perpendiculaire à l'arbre moteur, qui reçoit et renvoie le mouvement aux soupapes en tête grâce à deux couples d'engrenages coniques. Le profil de la came commande la levée et le temps d'ouverture de la soupape.

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