Pourquoi la soupape d'admission est-elle plus grande que la soupape d'échappement ?

Qu'est-ce que la soupape d'admission et d'échappement ?

Les soupapes d'admission et d'échappement sont des composants clés d'un moteur à combustion interne. Les soupapes d'admission et d'échappement jouent un rôle important dans les processus d'admission et d'échappement du moteur.
La soupape d'admission est responsable du mélange air-carburant entrant dans la chambre de combustion du moteur. Pendant la course d'admission du cycle moteur, la soupape d'admission s'ouvre pour laisser entrer le mélange. La soupape d'admission est située dans la culasse, généralement au-dessus du piston. Après l'ouverture de la soupape d'admission, le mélange air-carburant entre dans la chambre de combustion depuis le collecteur d'admission. La soupape d'admission est généralement fabriquée en acier inoxydable ou en titane, capable de résister à des températures et pressions élevées.
La soupape d'échappement sert à évacuer les gaz produits par la combustion du carburant. La soupape d'échappement s'ouvre pour évacuer les gaz d'échappement de la chambre de combustion vers le collecteur d'échappement. La soupape d'échappement est commandée par l'arbre à cames, s'ouvre à la fin de la course de puissance et se ferme à la fin de la course d'échappement. Comme les gaz d'échappement produits après la combustion sont extrêmement chauds, la soupape d'échappement est généralement fabriquée en alliages à base de nickel résistants aux hautes températures.

Quelle soupape est plus grande, admission ou échappement ?

La combustion du carburant nécessite une grande quantité d'oxygène dans l'air. Ainsi, la soupape d'admission doit être plus grande pour permettre une combustion complète du carburant. Par conséquent, la soupape d'admission du moteur doit être légèrement plus grande. La taille globale n'a pas changé, la soupape d'échappement ne peut être que plus petite.

La taille des soupapes d'admission et d'échappement est déterminée en fonction de la quantité de charge et d'échappement. Pour comprendre ce problème, il faut partir des trois situations suivantes.

Pourquoi la soupape d'admission est-elle plus grande que celle d'échappement ?

(1) Le facteur de comparaison de la vitesse des flux d'admission et d'échappement.

Le gaz mélangé entrant dans le cylindre arrive lorsque le volume de course du piston crée un vide (c'est-à-dire une différence de pression d'air) lorsque le piston se déplace du point mort haut au point mort bas. plus rapidement. Bien sûr, il est souhaitable que plus de mélange d'air frais entre dans le cylindre, mais la vitesse du flux d'air ne peut pas suivre la vitesse du mouvement du piston.
Pour créer les conditions d'admission, la soupape d'admission doit être agrandie pour répondre aux besoins de la quantité de charge.
L'échappement est le gaz d'échappement dans le cylindre. L'auto-évacuation commence vers 120° de la course de travail du piston, à 180°. Le piston arrière commence à remonter. À ce moment, le gaz d'échappement est derrière le piston avant. La vitesse d'évacuation des gaz d'échappement dépend de la vitesse de remontée du piston, et les gaz d'échappement sont expulsés. On peut dire que la vitesse de remontée du piston et la vitesse d'échappement sont égales, ce qui explique que la soupape d'échappement est plus petite que la soupape d'admission. En général, le calibre de la soupape d'échappement est aux deux tiers de celui de la soupape d'admission. Le calibre de la soupape d'échappement est conçu sans affecter l'échappement.

(2) Influence de la résistance à l'écoulement de l'air.

Théoriquement, la quantité de charge et d'échappement est égale, et le temps d'ouverture et de fermeture de la soupape d'échappement est aussi égal à celui de la soupape d'admission. Mais ce n'est pas le cas en réalité, car le papillon des gaz dirige la vitesse, et la soupape s'ouvre et se ferme plus ou moins. Lorsque l'admission est terminée, le cylindre devrait être rempli d'un mélange à la pression atmosphérique (environ 1 kg/cm²). Cependant, lorsque le gaz passe par le conduit d'admission et la soupape d'admission, il subit une résistance. Pour surmonter ces résistances et faire circuler le mélange à une certaine vitesse, une partie de la pression doit être consommée, donc la pression d'air dans le cylindre est toujours inférieure à la pression atmosphérique. La densité du gaz varie avec la pression, la densité diminue à basse pression, et le poids du mélange réellement aspiré diminue. Pour résoudre et réduire l'influence de la résistance à l'écoulement, il est nécessaire d'augmenter la section transversale du passage d'air à la soupape d'admission, c'est-à-dire d'augmenter la surface de la soupape d'admission. En cas d'air raréfié en altitude, la surface du passage d'admission doit être agrandie, sinon le moteur n'atteindra pas sa puissance nominale dans ces zones.

(3) L'influence de la vitesse du moteur.

À condition que la taille du conduit d'origine reste inchangée, la pression d'aspiration varie également selon la vitesse et la charge. La vitesse varie avec la charge tandis que le papillon des gaz reste grand ouvert. En supposant que le poids d'aspiration est 1, la pression diminue de 0,95 à 0,80 lorsque la vitesse passe de 700 tr/min à 2 100 tr/min, ce qui signifie que la densité d'air dans le cylindre est réduite, et le flux d'air ne peut pas suivre les besoins en volume d'aspiration. Lorsque la vitesse de rotation est triplée, la vitesse de déplacement du piston est également triplée, et la vitesse du flux d'air doit être triplée pour assurer que le même poids de gaz pénètre dans le cylindre. Cependant, en raison de l'augmentation de la force dans le conduit à haute vitesse, le flux d'air ne peut pas augmenter dans la même proportion. Autrement dit, l'effet d'aspiration est meilleur en décélération, et la pression effective moyenne et le couple sont également plus élevés (le couple est proportionnel à la pression effective moyenne).

On peut voir que plus la soupape d'admission est grande pour répondre aux besoins du volume d'air du moteur dans une plage fiable, plus la soupape d'échappement est petite pour minimiser sa taille sans affecter le volume d'échappement. De plus, le passage d'échappement est plus favorable que le passage d'admission, donc les soupapes d'admission paraissent beaucoup plus grandes que les soupapes d'échappement. Dans certains moteurs spéciaux, comme le moteur à piston d'avion qui prévalait dans les années 1940, la soupape d'admission est plus de deux fois plus grande que la soupape d'échappement.