La distribution
Mais c'est quoi dont la distribution?
Ce sont les différents systèmes permettant la régulation des échangesgazeux c'est à dire les étapes d'admission et d'échappement. Dans un moteur 2 temps, cette fonction est assurée par le piston.Sur un moteur quatre temps, la distribution se fait au niveau de la culasse par les soupapes et tous les systèmes qui permettent leurs ouvertures et fermetures.Avant d'exposer la plupart de ces différents systèmes, nous allons d'abord préciser certains termes qui vont nous permettre de définir le diagramme de distribution qu'on trouve dans certaine critique moto maisqu'on ne comprend pas nécessairement.
Le diagramme de distribution
Définissons d'abord les points caractéristiques du parcours d'un piston.C'est simple, ce sont le point le plus haut qu'il peut atteindre qu'on appelle (PMH) et inversement le point le plus bas qu'on appelle point mort bas (PMB).Enfin, on appelle la course, la longueur du parcours entre le PMH et le PMB.L'alésage est le diamètre du cylindre].Ces données et le volume de la chambre de combustion permettent de calculer le
taux de compression ou rapport volumétrique
Au moment de la théorie du cycle 4 temps, j'avais préciséque ce n'était que de la théorie et que dans la pratique il en allait autrement. Maintenant,nous allons voir pourquoi.
Recommençons par l'étape 1 : admission,la soupape d'admission est ouverte et la soupaped'échappement est fermée. Cependant, l'arrivée d'un gaz dans le cylindre et l'ouverture de la soupape d'admission ne sont pas instantanée donc il faut commencer à ouvrir la soupape d'admission un peu avant l'arrivée au PMH, c'est ce qu'on appelle avance d'ouverture d'admission(AOA). La soupape d'admission reste ouverteun peu plus tard après le PMH, c'est le retard à la fermeture d'admission(RFA). Ce retard est dû au fait que l'ouverture de la soupape d'admission doit être maximum à l'arrivée en PMB et comme la fermeture de la soupape n'est pasinstantanée, la lumière d'admission reste ouverte un peu après le PMB.
Les deux étapes suivantescompression et détente ne font pas parties de la distribution car les deux soupapessont fermées donc si vous voulez voir les différences avec le cycle théorique rendez vous à l'allumage
On arrive donc à l'étape 4 : échappement.Comme l'ouverture de la soupape d'échappement n'est pas instantanée, il faut ouvrir la soupape un peu avant le PMB afin d'avoirune section maximum pour l'échappement au moment de la remonté du piston.C'est l'avance à l'ouverture d'échappement(AOE). Il en va de même lors de la fermeture dela soupape d'échappement. Ainsi donc il y a un retard de fermeture d'échappement(RFE) par rapport au PMH.
Ainsi, on voit qu'entre le AOA et le RFE, la soupape d'admission et d'échappement sontouvertes en même temps c'est le croisement.Le croisement a une fonction importante. En effet, le mélange frais air/essence venant de l'admission va aider à l'évacuation des gaz brulés. C'est le système de balayage que nous avons déjà décrit dans les moteurs 2 temps.
Représentons un cercle qui représente le parcours du vilebrequin,et plaçons le PMH, le PMB, l'AOA, le RFA, l'AOE, et le RFE, on peut voir que AOA et le RFE font un angle bien défini avecle PMH alors que le AOE et le RFA font un angle fixe avec le PMB.Toutes ces valeurs vont composer le diagramme de distribution.
Vous vous demandez peut être à quoi ca sert tout ça, ben c'est déjà un premier pas vers l'estimationd'un caractére moteur. En effet, plus le croisement est élevé ainsi que le RFE, plus la moto risqued'avoir un moteur "pointu" (qui est fait pour fonctionner pafaitement à haut régime) comme le sont souvent les "sportives".
Exemple : Suzuki GSX750R : AOA 38°, RFA 66°, AOE 65°, RFE 37° soit un croisement de75°. Cagiva navigator 1000 : AOA 27°, RFA 63°, AOE 63°, RFE 27° soit un croisement de 54°.
Mais attention à ne pas être catégorique, il vous manque encore desdonnées pour être sûr. Par exemple, de quelle hauteur se lève les soupapes. En effet, plus les soupapesse levent plus les gaz peuvent entrer ou sortir. Et il vous manque aussi le diamètre des soupapes d'admission et d'échappementou encore du diamètre et de la longueur de la tubulured'admission et d'échappement. Et bien sur, le nombre de soupapes par cylindre.
Les systèmes de controle des soupapes
Au vue de la complexité d'un diagramme de distribution,il faut que les soupapes d'admission et d'échappement soient parfaitement synchronisées pour que le cycle s'execute dans de bonnes conditions.
Depuis l'invention du moteur 4 temps,vous imaginez combien de système controlant l'abaissement et le retour à la position fermée dessoupapes ont pu être inventé devenant de plus en pluscompliqué avec l'augmentation du nombre de soupapes par cylindre.Dans cette page, nous ne parlerons que de la commande par arbre à came en tête (ACT)qui est maintenant la plus répandue et de loin.
Tout d'abord qu'est ce qu'une came?
La came est l'objet qui permet la commande d'une ou de plusieurssoupape. Son profil est calculée très précisement afin de :
-fixer la hauteur de la levée de soupape
-amortir le choc entre la came et le poussoir dû au jeu initial
-reposer doucement la soupape dans son siège lors de la fermeture par ressort
La came peut commander la soupape directement avec un poussoir comme représenté ci-à gauche mais elle peut également utiliser des basculeurs tels que le linget (ci contre en bas) ou le culbuteur (ci contre en haut).
Ainsi l'arbre à came, contient plusieurs cames permettant de commander les soupapes de tous les cylindres afin de les synchroniser. Ici un arbre à came de CBR900RR.
Les soupapes peuvent être commandées par simple arbre à cames en tête. Cela signifie que l'arbre à camesest placé au dessus de la culasse et qu'il actionne les soupapes d'admission et d'échappementpar l'intermédiaire de culbuteur. Ceci a été popularisé par Honda avec son légendaire CB750 en 1969. Il existe aussi le système de double arbre à cames en tête, où dans ce cas, il y a deux arbresà came, l'un commande les soupapes d'admission et l'autre les soupapes d'échappement. Ici les soupapespeuvent être actionnées par tous les systèmes possibles, poussoir ou basculeurs.
La question qui vient après c'est ben comment il tourne l'arbre à cames ?
Ce sont les vilebrequins qui en tournant transmettent leur position au(x) arbre(s) à cames. Il faut bien comprendre que les vilebrequins sontdépendant les uns des autres : l'un ne peut pas tourner sans l'autre car ils sont reliés entre eux.Ceci est souvent appelé l'arbre moteur.
Cette commande se fait le plus souvent par chaine comme présenté dans lafigure des deux arbres à cames en tête (sur la droite).C'est ce qu'on appelle la chaine de distribution qui a fait rappeler bien des motos...:-)
On trouve également la commande par courroie crantée mais c'est très rare en moto.
Enfin on trouve la commande par pignon qui est très résistant mais cher à mettre en place. Cette commande est encore utilisée aujourd'hui pour le Honda VFR.
Bien sur l'augmentation nombre de soupapes,vous vous en doutez, favorise le rendement de distributionMais ceci n'est pas la seule raison. Nous allons voir ça tout de suite
Commençons simplement par le nombre de soupapes le plus répandu dans les années 80en moto c'est à dire 2 soupapes par cylindre.Les culasses de ces motos ont une chambre de combustion hemisphérique pour favoriser le flux des gaz, un angle entre la soupape d'admissionet d'échappement très elevé (proche de 90°) et enfin un taux de compression élevé.Cependant, malgré tous ces efforts pour favoriser la distribution, il est devenu difficile d'accroitreles performances du moteur. Pour cela il y avait une solution : augmenter le diamètre dessoupapes mais cela est devenu vite impossible dû à l'encombrement... les soupapes auraientfini par se toucher...
Par ailleurs, l'utilisation du double arbre à cames en tête devenait difficile. En effet, imaginez la distance des arbres à cames pour commander des soupapes, donc l'encombrement moteur était important et surtout l'entrainement des 2 arbres à cames était difficile. Il a donc été utilisé des cascades de pignons mais celarendait la distribution très bruyante et les contraintes dues à l'échauffement étaientdifficiles à gérer. En revanche, cette disposition à deux soupapes est mécaniquement simpleet on peut facilement placer d'une part les vis de fixation de la culasse et d'autre part la bougie.
Ne pensez pas que cette architecture n'existe plus. En effet, on la trouve encore sur la Honda GoldWing 1200.
Au vue de la limitation des performances des 2 soupapes et la difficulté à adapter le double arbre à cameen tête, le nombre de soupapes par cylindre a doublé pour arriver à 4 soupapes par cylindre.Les études ont en effet montré que la disposition de 4 petites soupapes à angle fermé offre unmeilleur rendement que 2 grosses soupapes.
Mais attention, cette architecture n'a pas été inventée dans ces années. Elle était déjà largement utiliséeen automobiles avant la première guerre mondiale...
Les angles entre les soupapes d'admission et d'échappement varient entre 35 et 50°. Cette technologieest aujourd'hui la plus utilisée dans le monde de la moto. En effet, la disposition du double arbre à cames en tête ne pose aucun problème mais il existe une proximité entre le ou les arbres à cames et lesfixations de la culasse.
Au milieu des années 80, Yamaha invente une culasse à 5 soupapes sur le FZ750 Genesis, encore utilisée aujourd'hui sur les sportives de la gamme. Ainsi, ce moteur comptant 3 soupapes d'admission et 2 soupapes d'échappementpermet un meilleur remplissage de la chambre de combustion. La difficulté rencontrée est lelogement des 5 soupapes. Les trois soupapes d'admission ont été placées sur des plans différents maisde façon à converger vers l'arbre à cames évitant le montage de culbuteurs.Cette architecture mécanique provoque une difficuté d'accessibilité mécanique.
Pour en finir, il existe également, inventée par Honda sur sa NR750, une culasse à 8 soupapes. L'angle entre les soupapes est seulement de 29° favorisant l'admission. Mais dans ce cas, le cylindre est oval et il y a 2 bougies par cylindre.
Sam 26 Jan - 8:52
