Soupape

Une soupape est un organe mécanique permettant de fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la demande.



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Dispositif mécanique - Organe d'un moteur à explosion

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Définitions :

  • soupapes - Systèmes métalliques qui s'ouvrent et se ferment pour permettre au carburant ainsi qu'à l'air d'entrer dans la chambre de combustion et ... (source : mechanicnet)

Une soupape est un organe mécanique permettant de fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la demande.

Mécanique

Les soupapes en action, en haut du cylindre

Les soupapes sont indispensables au fonctionnement de certains moteurs. Elles sont généralement actionnées par un arbre à cames avec un ou plusieurs ressorts de rappel individuels, ou par barre de torsion (Honda CB 450). Ils sont dits à soupape commandée. Dans le cas de certains moteurs à combustion interne, elles sont simplement commandées par la différence de pression entre leurs deux faces (soupapes automatiques).

Soupape de sécurité

Une soupape de sûreté (aussi dite soupape de sécurité) est un système de protection contre les surpressions dans des ensembles soumis à pression.

On installe une soupape de sécurité (appelée soupape de décharge sur les véhicules à turbocompresseur) sur les réservoirs/tuyauteries de gaz/liquide pouvant être soumis à des variations de pression, mais aussi sur des chaudières à vapeur

A titre d'exemple, une soupape permet la sortie de la vapeur quand la pression atteint un certain seuil dans un autocuiseur. Une petite bille fermée par un ressort fait office de soupape de sûreté dans le cas où la soupape tournante (celle qui siffle) serait bloquée. Le ressort est taré de façon à libérer l'ouverture de la bille à une certaine valeur de pression acceptable par l'autocuiseur.

Les réservoirs de GPL des voitures et des camions comportent une soupape de sécurité, afin d'éviter une explosion du réservoir en cas d'incendie (le feu extérieur génèrant la montée en pression du GPL dans son réservoir)

Dans l'industrie, les systèmes de protection contre les surpressions répondent généralement à des normes, lois ou directives. Les principales sont :

Les principaux fabricants de soupapes de sûreté (pression > 1 bar) dans le monde sont :

 * Dresser Consolidated (USA) 
 * Sapag (France) 
 * H+ Valves (France) 
 * Crosby (USA) 
 * Sarasin-RSBD (France) 
 * Anderson-Greenwood (USA) 
 * Farris (Canada) 
 * Fukui (Japon) 
 * Toa (Japon) 
 * Leser (Allemagne) 
 * Bopp & Reuter (Allemagne) 
 * Sempell (Allemagne) 
 * Broady (Angleterre) 
 * Triangle (Angleterre) 
 * Tai (Italie) 
 * Ast (Italie) 
 * Carraro (Italie) 
 * Parcol (Italie) 
 * Besa (Italie) 

Les principaux fabricants de soupapes de sûreté de dépression et basse pression (pression < 1 bar) dans le monde sont :

 * Sarasin-RSBD (France) 
 * 3B Controls (Angleterre) 
 * Marvac (Angleterre) 
 * Whessœ-Varec (USA) 
 * Protectoseal (USA) 
 * Rampini (Italie) 

Soupape de moteur à explosion

Les soupapes sont actionnées par un arbre à cames ou par une commande électrique, pneumatique ou hydraulique. L'arbre à cames est un axe comportant des bossages de forme oblongue nommés cames. L'arbre à cames entraîné par l'arbre moteur ou vilebrequin, est relié à ce dernier par une liaison sans glissement (pignon, chaîne, courroie dentée divisant par deux la vitesse de rotation dans le cas d'un moteur à quatre temps (deux tours de l'arbre moteur = un tour d'arbre à cames). Les cames sont en liaison avec les soupapes qu'elles poussent par l'intermédiaire de poussoirs ou de culbuteurs, les faisant s'ouvrir au moment adequat. Les soupapes sont pourvues de ressorts qui les referment quand les cames les libèrent.
Les illustrations montrent un moteur avec deux arbres à cames en tête (les arbres à cames sont au-dessus du cylindre). Une soupape se compose de 3 parties :la tête, la tige, et le collet. Dans les moteurs plus anciens et sur certains moteurs industriels, les arbres à cames sont sur le coté du moteur près du vilebrequin. On parle dans ce cas de moteur à arbre à came latéral.

Certains moteurs industriels à deux temps de grande puissance sont équipés d'une seule soupape d'admission, l'échappement se faisant par une lumière. Alors, l'arbre à came tourne à la même vitesse que le vilebrequin.

La synchronisation des soupapes

Pour la grande majorité des moteurs à quatre temps, les soupapes sont fermées par le rappel de ressorts. En cas de survitesse du moteur, les soupapes peuvent être lancées par l'arbre à came (ou le linguet) et s'en décoller. On parle dans ce cas d'affolement de soupapes. Quand la queue de la soupape rentre à nouveau en contact avec son actionneur, il y a un choc qui peut être destructeur. Dans les cas les plus extrêmes, les soupapes peuvent toucher les pistons.

Pour les moteurs de compétition, la vitesse de rotation peut atteindre 19 000 tours/minute d'où une fréquence d'action qui plus est de 300 Hertz pour les soupapes et des difficultés de maintien en contact avec l'arbre à came ou le linguet.

Les deux culbuteurs sur une culasse de Ducati

Une solution à ce problème est le dispositif de synchronisation à soupape desmodromique (Fabio Taglioni). Cette amélioration mécanique d'ouverture et de fermeture des soupapes est dite positive, car elle accompagne mécaniquement le mouvement de la soupape lors de son ouverture et de sa fermeture. La soupape est poussée par une came (ouverture) puis tirée (fermeture) par un levier asservi à la même came, et non plus laissée à l'unique action du ressort de rappel.

La course de la soupape est ainsi entièrement contrôlée par la came de commande. Le nom desmodromique est d'ailleurs composé par les racines grecques desmo qui veut dire lien, chaîne -dans le sens d'asservi, contrôlé- et dromo qui veut dire course. Les moteurs peuvent dans ce cas tourner bien plus vite sans qu'on ait à craindre la «danse» des ressorts et un affolement des soupapes.

L'inconvénient du dispositif est sa complexité et , par conséquent son coût accru. Un fabricant employant ce dispositif est Ducati, pour certains de ses moteurs de moto.

En Formule 1, fut expérimenté un dispositif de rappel des soupapes fonctionnant au gaz, ce qui permet aussi d'obtenir des régimes de rotation élevés sans affolement de soupapes.

Langage

En général dans la langue française, le terme «soupape» sert à désigner une échappatoire ou un moyen de faire baisser la tension nerveuse (stress).

Voir aussi

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/03/2009.
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