soupape à champignon

Une soupape à tulipe est un composant simple mais essentiel dans les culasses de moteur. Elle est constituée d'une tige avec un disque plat ou légèrement incurvé (la tête) qui s'appuie contre une ouverture de port conique. Lorsqu'elle est fermée, le disque scelle le port contre les fuites de gaz; lorsqu'elle est ouverte, elle permet à l'air, au carburant ou aux gaz d'échappement de circuler. La soupape se soulève sous l'actionnement ou se referme sous la force du ressort, d'où son nom.

Dans un moteur à quatre temps, les soupapes à tulipe contrôlent le flux de la charge d'admission dans le cylindre et des gaz d'échappement hors de celui-ci. Les soupapes d'admission sont généralement plus grandes que les soupapes d'échappement car le gaz d'admission s'écoule plus lentement; les gaz d'échappement sortent sous une pression et une vitesse plus élevées. Le diamètre de la tête de soupape varie généralement de 30 à 50 millimètres dans les moteurs automobiles, avec un angle d'assise usiné à 30 ou 45 degrés. Le diamètre de la tige est généralement de 5 à 8 millimètres. La soupape doit résister à des cycles thermiques extrêmes, des variations de température de 400 à 900 degrés Celsius entre le ralenti et la pleine charge.

Actionnement et défaillances

Une came sur le vilebrequin ou l'arbre à cames soulève mécaniquement la soupape à tulipe pour l'ouvrir; un ressort (généralement un ressort hélicoïdal, parfois un ressort ondulé) la ramène à la fermeture. Les conceptions modernes peuvent utiliser un actionnement hydraulique ou électromagnétique pour un calage variable. Le mode de défaillance le plus courant est le recul du siège de soupape, où la tête s'use progressivement dans le siège plutôt que de sceller proprement, permettant des fuites de compression et un soufflage des gaz de combustion pendant le fonctionnement. L'accumulation de carbone sur la surface d'assise empêche également une fermeture étanche, réduisant l'efficacité et permettant un retour de flamme dans le collecteur d'admission.

Les matériaux sont extrêmement importants. Les soupapes d'admission sont souvent fabriquées en acier au chrome-molybdène ou en alliages de nickel-chrome; les soupapes d'échappement nécessitent des alliages de nickel-chrome-cobalt ou même des superalliages contenant du tungstène pour la résistance à la chaleur. Le siège est généralement usiné directement dans la culasse en fonte ou en alliage d'aluminium, bien que des inserts de siège en acier amovibles soient utilisés dans les culasses en aluminium pour réduire l'érosion et faciliter la reprise.

Les soupapes à tulipe sont en concurrence avec les soupapes à manchon (manchons cylindriques coulissant dans la paroi du cylindre) et les soupapes rotatives, mais les conceptions à tulipe dominent car elles sont compactes, peu coûteuses à fabriquer et se scellent facilement avec un simple ressort. Elles restent la norme dans pratiquement tous les moteurs à essence et diesel, des petites tondeuses à gazon aux centrales électriques industrielles lourdes.