Moteur à soupapes en tête - Overhead valve engine

Composants d'un groupe de soupapes de moteur OHV

Une soupape en tête ( OHV ) moteur est un moteur à pistons dont les vannes sont situés dans la tête de cylindre au- dessus de la chambre de combustion. Cela contraste avec les moteurs à tête plate précédents , où les soupapes étaient situées sous la chambre de combustion dans le bloc moteur.

L'arbre à cames d'un moteur OHV traditionnel est situé dans le bloc moteur. Le mouvement de l'arbre à cames est transféré à l'aide de poussoirs et de culbuteurs pour actionner les soupapes en haut du moteur.

Un moteur à arbre à cames en tête (OHC) a également des soupapes en tête; cependant, pour éviter toute confusion, les moteurs à soupapes en tête qui utilisent des poussoirs sont souvent appelés «moteurs à poussoirs». Certains premiers moteurs «d' admission sur échappement » utilisaient une conception hybride combinant des éléments de soupapes latérales et de soupapes en tête.

Histoire

1894 prototype de moteur diesel à soupapes en tête
Brevet 1904 pour le moteur à soupapes en tête Buick

Prédécesseurs

Les premiers moteurs à combustion interne étaient basés sur des moteurs à vapeur et utilisaient donc des vannes à tiroir . Ce fut le cas pour le premier moteur Otto , qui fut mis en marche avec succès pour la première fois en 1876. Alors que les moteurs à combustion interne commençaient à se développer séparément des moteurs à vapeur, les soupapes à champignon devinrent de plus en plus courantes, la plupart des moteurs jusqu'aux années 1950 utilisant une soupape latérale (tête plate). conception.

À partir du Daimler Reitwagen de 1885 , plusieurs voitures et motos utilisaient des soupapes d'admission situées dans la culasse, mais ces soupapes étaient actionnées par le vide («atmosphériques») plutôt que par un arbre à cames comme avec les moteurs OHV typiques. La ou les soupapes d'échappement étaient entraînées par un arbre à cames, mais étaient situées dans le bloc moteur comme dans le cas des moteurs à soupapes latérales.

Le moteur prototype Diesel 1894 utilisait des soupapes à champignon en tête actionnées par un arbre à cames, des tiges de poussée et des culbuteurs, devenant ainsi l'un des premiers moteurs OHV. En 1896, le brevet américain 563 140 a été retiré par William F. Davis pour un moteur OHV avec un liquide de refroidissement utilisé pour refroidir la culasse, mais aucun modèle fonctionnel n'a été construit.

Moteurs OHV de production

En 1898, le fabricant de vélos Walter Lorenzo Marr aux États-Unis a construit un tricycle motorisé propulsé par un moteur monocylindre OHV. Marr a été embauché par Buick (alors nommé Buick Auto-Vim and Power Company ) de 1899 à 1902, où la conception du moteur à soupapes en tête a été affinée. Ce moteur utilisait des culbuteurs actionnés par des poussoirs, qui à leur tour ouvraient des soupapes parallèlement aux pistons. Marr est retourné chez Buick en 1904 (après avoir construit une petite quantité de la Marr Auto-Car , avec le premier moteur connu à utiliser une conception d'arbre à cames en tête), la même année que Buick a reçu un brevet pour une conception de moteur à soupapes en tête. En 1904, le premier moteur OHV de production du monde a été libéré dans le modèle Buick B . Le moteur était une conception bicylindre à plat avec deux soupapes par cylindre. Le moteur a eu beaucoup de succès pour Buick, la société ayant vendu 750 de ces voitures en 1905.

Plusieurs autres fabricants ont commencé à produire des moteurs OHV, comme le moteur à 4 cylindres vertical Wright Brothers de 1906–1912 . Cependant, les moteurs à soupapes latérales sont restés courants jusqu'à la fin des années 1940, lorsqu'ils ont commencé à être progressivement abandonnés pour les moteurs à soupapes en tête.

Moteurs à cames en tête

Le premier moteur à arbre à cames en tête (OHC) remonte à 1902, mais l'utilisation de cette conception a été principalement limitée aux voitures haute performance pendant de nombreuses décennies. Les moteurs OHC sont progressivement devenus plus courants des années 1950 aux années 1990, et au début du 21e siècle, la majorité des moteurs automobiles (à l'exception de certains moteurs V8 nord-américains) utilisaient une conception OHC.

Lors de la course automobile d' Indianapolis 500 en 1994 , l'équipe Penske a engagé une voiture propulsée par le moteur à poussoir Mercedes-Benz 500I construit sur mesure . En raison d'une faille dans les règles, le moteur à poussoir a été autorisé à utiliser une cylindrée plus grande et une pression de suralimentation plus élevée, augmentant considérablement sa puissance par rapport aux moteurs OHC utilisés par d'autres équipes. L'équipe Penske s'est qualifiée en pole position et a remporté la course par une large marge.

Au début du 21e siècle, plusieurs moteurs V8 à poussoir de General Motors et Chrysler utilisaient une cylindrée variable pour réduire la consommation de carburant et les émissions d'échappement. En 2008, le premier moteur de production à tige de poussée à utiliser un calage variable des soupapes a été introduit dans la Dodge Viper (quatrième génération) .

Conception

Moteur V8 (avec collecteur d'admission retiré), montrant l'arbre à cames, les tiges de poussée et les culbuteurs

Les moteurs OHV présentent plusieurs avantages par rapport aux moteurs OHC:

  • Emballage global plus petit : la conception à cames en bloc d'un moteur OHV se traduit par une taille globale plus petite par rapport à un moteur OHC équivalent.
  • Utilisation du même moulage de culasse pour les deux rangées de cylindres: un moteur OHC nécessite que les culasses soient (plus ou moins) des images miroir l'une de l'autre, en raison du système d'entraînement d'arbre à cames (par exemple, courroie / chaîne de distribution) à l'avant de chaque banque de cylindres. Un moteur OHV peut utiliser le même moulage de culasse pour les deux banques, en le retournant simplement pour la deuxième banque.
  • Système d'entraînement d'arbre à cames plus simple : les moteurs OHV ont un système d'entraînement moins complexe pour l'arbre à cames par rapport aux moteurs OHC . La plupart des moteurs OHC entraînent l' arbre à cames ou les arbres à cames à l' aide d'une courroie de distribution , d'une chaîne ou de plusieurs chaînes. Ces systèmes nécessitent l'utilisation de tendeurs , ce qui ajoute de la complexité. En revanche, un moteur OHV a l'arbre à cames positionné à proximité du vilebrequin, qui peut être entraîné par une chaîne beaucoup plus courte ou même une connexion d'engrenage directe. Cependant, ceci est quelque peu annulé par une valvetrain plus complexe nécessitant des poussoirs.
  • Système de lubrification plus simple : les exigences de lubrification des culasses OHV sont bien moindres, en raison du manque d'arbre à cames et de roulements associés à lubrifier. Les têtes OHV ne nécessitent une lubrification que pour les culbuteurs à l'extrémité de la tige de poussée, au tourillon et à l'extrémité du culbuteur. Cette lubrification est généralement assurée par les poussoirs eux-mêmes plutôt que par un système de lubrification dédié dans la tête. Les besoins de lubrification réduits peuvent également signifier l'utilisation d'une pompe à huile plus petite et de moindre capacité.

Par rapport aux moteurs OHC, les moteurs OHV présentent les inconvénients suivants:

  • Régimes moteur limités : Bien que les moteurs OHV aient des systèmes d'entraînement plus simples pour l'arbre à cames, il y a un plus grand nombre de pièces mobiles dans le train de soupapes (c'est-à-dire les poussoirs, les tiges de poussée et les culbuteurs). L'inertie de ces pièces du groupe de soupapes rend les moteurs OHV plus sensibles au flottement des soupapes à des régimes moteur élevés (RPM).
  • Contraintes sur la quantité et l'emplacement des soupapes : les moteurs OHC ont souvent quatre soupapes par cylindre, alors qu'il est rare qu'un moteur OHV ait plus de deux soupapes par cylindre. Dans les moteurs OHV, la taille et la forme des orifices d'admission ainsi que la position des soupapes sont limitées par les tiges de poussée et la nécessité de les loger dans le moulage de la tête.

Les références