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La soupape

mercredi 5 mai 2004, par Jean Claude Méret

La soupape

Un organe vital du moteur

De tous les organes en mouvement d’un moteur, les soupapes, et particulièrement celles d’échappement sont exposées à de sévères contraintes mécaniques et thermiques, bien souvent dans des conditions précaires lorsqu’il s’agit de moteur ayant déjà un long service.

Il y a donc un intérêt, lorsque l’on procède au remplacement de ses pièces, à utiliser une soupape de grande classe et à s’efforcer de réunir les conditions nécessaires à un montage et à un fonctionnement parfait.

Principales causes préjudiciables aux soupapes

Il existe de nombreuses causes de mauvais fonctionnement susceptibles d’engendrer des incidents, allant de la détérioration progressive à la rupture brutale des soupapes.

Les causes mécaniques ne se manifestent en général qu’après un important kilométrage, dans des conditions normales de fonctionnement et d’utilisation du moteur.

Par contre, les causes thermo-chimiques (formation de résidus de combustion) peuvent causer des incidents préjudiciables aux soupapes, en un temps relativement court (même sur un moteur en parfait état).

Les températures élevées sont propices à la formation des dépôts de résidus de combustion du carburant, en particulier quand le moteur "peine", accélérateur à fond. Ces résidus deviennent pâteux vers 650°, se détachent en partie de la tête, et peuvent s’intercaler entre les sièges, compromettant dangereusement la fermeture des soupapes.

Les possibilités de refroidissement des soupapes :

- un contact franc de la tête avec le siège de la culasse.
- un contact étroit de la tige avec le guide et du graissage du guide.
- l’afflux de gaz frais au temps d’admission.

Les sièges de soupapes résistent mieux aux températures élevées et à la nocivité des résidus de combustion, du fait qu’ils sont mieux refroidis. Ils ont en effet un contact intime avec la masse de la culasse évacuant une importante quantité de chaleur par l’eau ou l’air de refroidissement.

Sur les culasses en alliage léger, il peut se produire un enfoncement partiel des sièges de soupapes entraînant des conséquences parfois très graves pour ce dernier.

Pour une bonne étanchéité des soupapes

Lors de la rectification, les portées de soupapes doivent être à cheval sur les sièges de culasse ou de groupe, sauf dispositions particulières des sièges de culasse et des portées de soupapes (culasses hémisphériques par exemple).

Pour les portées de soupapes à 30°, rectifier les sièges à 31°. Pour les portées de soupapes à 45°, rectifier les sièges à 46°.

Une large portée présente des inconvénients : difficultés de rodage, laminage des gaz chauds qui provoquent une surchauffe des têtes et surtout une diminution de l’efficacité de la pression des ressorts devant assurer l’étanchéité.
Plus la largeur de portée est réduite, plus de la pression au millimètre carré est importante, donc efficace, ce qui présente l’avantage de réduire grandement les possibilités d’incrustation des particules de résidus de combustion dans les sièges.

Les bonnes conditions pour le bon fonctionnement des soupapes :

- le guide bien calibré
- largeur de portée réduite et parfaitement rectifiée des sièges de soupapes par rapport à l’alésage des guides
- portés des soupapes à cheval sur les sièges de culasse
- profil correct du bombé d’attaque des culbuteurs
- jeux suffisants pour assurer une bonne fermeture
- hauteur et tare des ressorts, correctes
- dispositif de fixation en bon état
- graissage normal des guides
- bonnes conditions de refroidissement
- conduit d’échappement de culasse nettoyés, tubulures et silencieux en bon état
- combustion correcte
- allumage et injection appropriés
- avance bien réglée.

Causes de mauvais fonctionnement des soupapes :

Usure et déformation des guides : mauvais guidage et refroidissement des tiges, fuite de Gaz par les guides et décompositions de l’huile en circulation sur le dessus de la culasse.

Mauvais état des sièges : manque d’étanchéité, érosion des sièges par les gaz à haute température.

Déformation de la surface d’attaque des culbuteurs et des bouts de tige : (poussée oblique et ripage)

Basculement des soupapes dans leur guides :
- ouverture et fermeture par à-coups

Ressorts avachis ou cassés : mauvaise fermeture et rebondissement des soupapes.

Matage et déformation des dispositifs de fixation : causes de rupture de tige.

Dépôts de résidus de combustion sur les tiges : déport et freinage des tiges dans l’extrémité des guides.

Cordon de résidus de combustion butant sur l’extrémité des guides : mauvaise fermeture.

Dépôts de résidus de combustion sur le pourtour des têtes et incrustations des particules dans les sièges : mauvais refroidissement des têtes et fuites aux sièges.

Formation de laque : gommage des tiges.

Encrassement des parois et étranglements dans le dispositif d’échappement (conduits de culasse, tuyauteries et silencieux).

Mauvais états du système de refroidissement ou important dépôt de boues ou de calcaire.

Combustion pauvre surchauffe prolongée : zones critiques de rupture.

Après ce tour d’horizon du comportement des soupapes lors des avaries, il convient à l’expert de consulter les catalogues d’avaries mis à disposition par les fabricants, sur lesquels de nombreux reportage photos donnent la possibilité de comparer rapidement les similitudes avec l’incident rencontré.

(vous trouverez dans l’espace réservé aux experts les références de documents sur les avaries et leurs causes notamment en recherchant sur DANA et DEERE qui sont des catalogues très documentés en reportage photos.)