Éléments composant la distribution de MAHLE : plus que de simples soupapes

En étroite collaboration avec des motoristes internationaux, MAHLE développe les système tribologique des éléments composant la distribution, à savoir les soupapes, les guides de soupapes et les bagues de siège de soupape. Le choix de la forme constitue le principal défi pour les soupapes. Afin de résister aux sollicitations mécaniques, chimiques et thermiques extrêmes, et pour optimiser la dissipation thermique, nos soupapes sont conçues pour s’adapter aux situations de fonctionnement les plus diverses.

Nos soupapes sont soumises à de fortes sollicitations

Les soupapes d’échappement peuvent atteindre des températures comprises entre 800 et 1000 °C, et entre 300 et 550 °C pour les soupape d’admission. La pression d’allumage considérable et les ressorts de soupape rigides martèlent les soupapes rouges incandescentes jusqu’à 70 fois par seconde dans le siège de soupape. Des substances chimiques agressives dans les gaz échappement peuvent entraîner une corrosion, mais également des dépôts. Afin de pouvoir résister à ces conditions durant des années, voire des décennies, les soupapes, les guides de soupape et les bagues de siège de soupape doivent être constitués de matériaux de haute qualité assemblés avec soin.

Les matériaux des composants de la distribution

Matériaux : pour la sécurité des personnes, du moteur et de l’environnement – rien que le meilleur

Soupapes

On distingue généralement les soupapes monométalliques et les soupapes bimétalliques, qui sont généralement fabriquées en matériau plein. Les différents matériaux sont sélectionnées en fonction de la contrainte : on utilise ainsi l’acier CrSi fortement allié pour les soupapes d’admission, des superalliages de nickel pour les soupapes d’échappement fortement sollicitées ou encore l’acier CrMoV et l’acier austénitique CrMnNiNb ou CrMnNi avec adjonction d’azote. On utilise dans certains cas des soupapes dites « creuses » remplies de sodium.

Dans ce cas, le point de fusion est d’environ 97,5 °C réparti uniformément dans le corps creux. La chaleur de la portée de soupape est transmise par l’effet « shaker » vers le guide de soupape via la tige. La température de la portée de soupape passe ainsi de 80 °C à 150 °C, ce qui améliore sensiblement les propriétés de cliquetis du moteur. Le rendement du moteur s’en trouve amélioré et la consommation diminuée.

Les exigences élevées peuvent être satisfaites par le renforcement, le durcissement, la nitruration ou le chromage du siège des soupapes.

Guides de soupapes

Un alliage CuZnAl est utilisé pour les guides de soupapes moyennement sollicités. Un alliage de fonte grise associé à une matrice perlitique est ajouté en cas d’augmentation de la charge. Une proportion accrue de phosphore apporte enfin un surcroît de résistance. Un alliage CuSn ou CuNi convient aux exigences élevées tandis que le métal fritté offre une résistance aux températures extrêmes.

Bagues de siège de soupape

MAHLE fabrique ses bagues de siège de soupape (et les contre-pièces de soupape) à partir de matériaux tels que la fonte grise à forte teneur en carbone ou à base de cobalt contenant du chrome et du tungstène. L’acier contenant du chrome et du molybdène est également utilisé. Sans oublier l’acier combiné au chrome et au vanadium, mais également les matériaux frittés pour les moteurs très performants.

MAHLE produit ses bagues de siège de soupape par coulée centrifuge ou par frittage. Dans le premier cas, l’alliage d’acier liquide est coulé dans un moule rotatif. Le métal en fusion prend la forme du moule rotatif en se solidifiant pour obtenir une pièce coulée creuse. Le frittage consiste à agglomérer de la poudre métallique. La pièce dite « compact vert » est chauffée (mais non fondue) après précompression, puis comprimée et durcie. Le type de mélange de poudre dépend entre autres de la température appliquée aux bagues en fonctionnement et à la résistance à l’usure requise. Les bagues de siège de soupape correspondent ainsi précisément à leur application future.

Recherche et développement pour l’atelier : pour que vous puissiez vous utiliser des produits fiables, même à l’avenir

Développement innovant : la soupape TopTherm

MAHLE a mis au point la soupape TopTherm®, spécialement conçue pour les moteurs « downsizés ». Contrairement à la soupape creuse classique et à la soupape EvoTherm®, il s’agit d’une soupape composée. Partiellement rempli de sodium, l’important corps creux diminue le poids et permet une baisse de température à la surface des composants subissant d’importantes sollicitations thermiques. La diminution potentielle de la température de la portée de soupape dépasse nettement les 100° Kelvin. Parallèlement, la consommation diminue à pleine charge et à régimes élevés – l’enrichissement du mélange pour la protection des soupapes devient inutile. Une augmentation du compactage initial permet également d’économiser le carburant en régime transitoire. Avec tous ces avantages, la soupape TopTherm® démontre que MAHLE n’est pas sans raison l’un des leaders internationaux dans la fabrication de soupapes creuses.

Évolution depuis la soupape pleine classique, en passant par la soupape creuse et la soupape EvoTherm® de MAHLE, jusqu’à la soupape TopTherm® de MAHLE (de g. à dr.)