Culasse de moteur à combustion interne

Le terme « culasse » n'est pas né par hasard. Comme dans la tête humaine, les actions les plus complexes et les plus importantes d'un moteur à combustion interne se déroulent dans la culasse. La culasse fait ainsi partie du moteur à combustion interne, située dans sa partie supérieure (supérieure). Il est entrelacé avec les conduits d'air des voies d'admission et d'échappement, contient des parties du mécanisme de soupape, des injecteurs et des bougies d'allumage ou des bougies de préchauffage. La culasse recouvre le haut du bloc-cylindres. La tête peut être une pour l'ensemble du moteur, séparément pour chaque cylindre ou séparément pour une rangée séparée de cylindres (moteur en forme de V). Fixé au bloc-cylindres avec des vis ou des boulons.

Fonctions culasse

• Il forme l'espace de combustion - il forme l'espace de compression ou une partie de celui-ci.
• Fournit le remplacement de la charge des cylindres (moteur à 4 temps).
• Assure le refroidissement de la chambre de combustion, des bougies et des soupapes.
• Ferme la chambre de combustion de manière étanche aux gaz et à l'eau.
• Prévoit le placement de la bougie ou de l'injecteur.
• Capte et dirige la pression de combustion - haute tension.

Division des culasses

• Culasses pour moteurs à deux et quatre temps.
• Culasses pour moteurs à allumage commandé et à allumage par compression.
• Têtes refroidies par air ou par eau.
• Têtes séparées pour un cylindre, tête pour moteur en ligne ou en V.
• Culasse et calage des soupapes.

Joint de culasse

Il y a un joint entre la culasse et le bloc-cylindres qui ferme hermétiquement la chambre de combustion et empêche l'huile et le liquide de refroidissement de s'échapper (mélange). Nous divisons les joints en ce qu'on appelle le métal et combinés.

Les joints métalliques, c'est-à-dire en cuivre ou en aluminium, sont utilisés dans les petits moteurs à grande vitesse refroidis par air (scooters, motos à deux temps jusqu'à 250 cc). Les moteurs refroidis à l'eau utilisent un joint constitué de fibres organiques riches en graphite liées sur une base en plastique supportée par un support métallique.

Le couvre-culasse

Une partie importante de la culasse est également un couvercle qui recouvre le train de soupapes et empêche l'huile de fuir dans l'environnement du moteur.

Principales caractéristiques de la culasse d'un moteur à deux temps

La culasse des moteurs à deux temps est généralement simple, refroidie par air (à ailettes en surface) ou liquide. La chambre de combustion peut être symétrique, biconvexe ou ronde, souvent avec un espace antidétonant. Le filetage de la bougie est situé sur l'axe du cylindre. Il peut être en fonte grise (anciens modèles de moteurs) ou en alliage d'aluminium (actuellement utilisé). Le raccordement de la culasse du moteur deux temps au bloc-cylindres peut être taraudé, bridé, couplé à des vis de serrage, voire à une tête monobloc.

Principales caractéristiques de la culasse d'un moteur à quatre temps

La conception de la culasse pour les moteurs à quatre temps doit également prévoir une modification de la cylindrée des cylindres du moteur. Il contient des canaux d'entrée et de sortie, des parties du mécanisme de distribution de gaz qui contrôlent les soupapes, les soupapes elles-mêmes, ainsi que leurs sièges et guides, des filetages pour la fixation de la bougie et des buses, des canaux pour l'écoulement des fluides de lubrification et de refroidissement. Il fait également partie de la chambre de combustion. Par conséquent, sa conception et sa forme sont disproportionnellement plus complexes que la culasse d'un moteur à deux temps. La culasse d'un moteur à quatre temps est fabriquée soit en fonte grise à grains fins, soit en fonte alliée, soit en acier forgé - ce qu'on appelle de l'acier moulé ou des alliages d'aluminium pour les moteurs refroidis par liquide. Les moteurs refroidis par air utilisent des alliages d'aluminium ou de la fonte. La fonte n'est presque jamais utilisée comme matériau de tête et a été remplacée par un alliage d'aluminium. L'aspect décisif de la production de métaux légers n'est pas tant le faible poids que l'excellente conductivité thermique. Étant donné que le processus de combustion a lieu dans la culasse, ce qui entraîne une chaleur intense dans cette partie du moteur, la chaleur doit être transférée au liquide de refroidissement dès que possible. Et puis l'alliage d'aluminium est un matériau très adapté.

La chambre de combustion

La chambre de combustion est également une partie très importante de la culasse. Il doit être de la bonne forme. Les principales exigences pour une chambre de combustion sont :

• Compacité qui limite les déperditions de chaleur.
• Autoriser l'utilisation du nombre maximum de vannes ou d'une taille de vanne suffisante.
• Ouverture optimale du remplissage du cylindre.
• Placez la bougie à l'endroit le plus riche à la fin de la compression.
• Prévention de l'allumage par détonation.
• Suppression des points chauds.

Ces exigences sont très importantes car la chambre de combustion influence la formation d'hydrocarbures, détermine le déroulement de la combustion, affecte la consommation de carburant, le bruit de combustion et le couple. La chambre de combustion détermine également le taux de compression maximal et influence la perte de chaleur.

Formes de chambre de combustion

a - salle de bains, b - hémisphérique, c – coin, d – Hémisphérique asymétrique, e - Hérons dans le piston

Entrée et sortie

Les orifices d'admission et de sortie se terminent par un siège de soupape soit directement dans la culasse, soit par un siège inséré. Un siège de soupape droit est formé directement dans le matériau de la tête ou peut être appelé ainsi. selle en ligne faite de matériaux en alliage de haute qualité. Les surfaces de contact sont rectifiées avec précision. L'angle de biseau du siège de vanne est le plus souvent de 45°, car cette valeur permet d'obtenir une bonne étanchéité lorsque la vanne est fermée et que le siège est autonettoyant. Les soupapes d'aspiration sont parfois inclinées à 30° pour un meilleur écoulement dans la zone du siège.

Guides de soupapes

Les soupapes se déplacent dans les guides de soupape. Les guides de soupapes peuvent être en fonte, en alliage aluminium-bronze ou directement dans le matériau de la culasse.

Soupapes dans la culasse du moteur

Ils se déplacent dans des guides et les soupapes elles-mêmes reposent sur les sièges. La soupape faisant partie de la soupape de commande pour moteurs alternatifs à combustion interne est soumise à des contraintes mécaniques et thermiques pendant le fonctionnement. D'un point de vue mécanique, il est surtout chargé de la pression des fumées dans la chambre de combustion, ainsi que de la force de commande dirigée par la came (vérin), de la force d'inertie lors du mouvement alternatif, ainsi que frottement mécanique. moi même. Le stress thermique est tout aussi important, car la vanne est principalement influencée par la température dans la chambre de combustion ainsi que par la température autour des gaz de combustion chauds qui s'écoulent (vannes d'échappement). Ce sont les soupapes d'échappement, en particulier dans les moteurs suralimentés, qui sont exposées à des charges thermiques extrêmes, et la température locale peut atteindre 900°C. La chaleur peut être transférée au siège avec la soupape fermée et à la tige de soupape. Le transfert de chaleur de la tête à la tige peut être augmenté en remplissant la cavité à l'intérieur de la valve avec un matériau approprié. Le plus souvent, du gaz de sodium liquéfié est utilisé, qui ne remplit la cavité de la tige qu'à moitié, de sorte que lorsque la vanne se déplace, la partie interne est intensément rincée avec du liquide. La cavité de la tige dans les moteurs plus petits (passagers) est réalisée en perçant un trou; dans le cas de moteurs plus gros, une partie de la tête de soupape peut également être creuse. La tige de soupape est généralement chromée. Ainsi, la charge thermique n'est pas la même pour les différentes vannes, elle dépend également du processus de combustion lui-même et provoque des contraintes thermiques dans la vanne.

Les têtes de soupapes d'admission ont généralement un diamètre plus grand que les soupapes d'échappement. Avec un nombre impair de soupapes (3, 5), il y a plus de soupapes d'admission par cylindre que de soupapes d'échappement. Cela est dû à l'exigence d'atteindre la puissance spécifique maximale possible - optimale et, par conséquent, le meilleur remplissage possible du cylindre avec un mélange combustible de carburant et d'air.

Pour la fabrication de soupapes d'aspiration, on utilise principalement des aciers à structure perlite, alliés au silicium, nickel, tungstène, etc.. Parfois, un alliage de titane est utilisé. Les soupapes d'échappement soumises à des contraintes thermiques sont fabriquées à partir d'aciers fortement alliés (chrome-nickel) à structure austénitique. De l'acier à outils trempé ou un autre matériau spécial est soudé au siège du siège. stellite (alliage malléable de cobalt avec du chrome, du carbone, du tungstène ou d'autres éléments).

Culasse à deux soupapes

Culasse à trois soupapes

Culasse à quatre soupapes

Culasse à cinq soupapes