Soupapes et sièges de soupapes
Le problème de la tenue des soupapes est avec le flashback le second type de soucis qui puisse arriver à un utilisateur d'une voiture équipée en bicarburation GPL / essence.
Préambule :
Pour comprendre ce qui peut se passer, je vais tout d'abord vous expliquer brièvement comment est faite une soupape, quel est son rôle et les contraintes auxquelles elle est soumise :
Une soupape est fabriquée en acier spécial. Elle se compose d'une tige cylindrique et d'une partie évasée. Cette partie évasée est en contact avec une pièce elle aussi en acier spécial : le siège de soupape. Ainsi décrite, cette pièce peut sembler simple, mais il n'en est rien, les usinages qu'elle subit doivent être très précis et les contraintes auquel elle est soumise sont importantes.
Le rôle du couple soupape/sièges de soupape est de permettre, lorsqu'il est ouvert, de laisser entrer un mélange gazeux dans le cylindre ( soupape d'admission ) ou de le laisser sortir ( soupape d'échappement ). Lorsque le couple soupape/siège de soupape est en contact, il assure une fermeture étanche. La chambre de combustion formée par le cylindre et le piston est alors isolée et peut monter en pression durant les phases de compression, explosion et détente.
Pour assurer une étanchéité parfaite, ces deux éléments sont rodés sur la culasse afin d'avoir un contact parfait. En effet, lorsque ces éléments sont neufs, malgré que les usinages soient extraordinairement précis, l'étanchéité peut ne pas être parfaite. Pour la parfaire, on enduit la surface de contact d'un peu de pâte à roder ( abrasif très fin dans un peu d'huile ) et l'on fait tourner la soupape sur le siège de soupape pour provoquer une très légère usure qui fera que ces deux surfaces seront parfaitement en contact.
La soupape peut donc prendre deux positions : ouverte ou fermée. La commande d'ouverture / fermeture se réalise via un arbre à cames et bien souvent un culbuteur. ( cf schéma en bas de page ). Le retour en position fermée est assuré par un ressort. Afin de réaliser une fermeture parfaite, il convient qu'en position fermée il subsiste un léger jeu entre la queue de la soupape et le culbuteur.
Ce jeu est spécifique à chaque type de moteur, il se règle le plus souvent moteur froid et à l'arrêt. Il est de l'ordre de 0,3 à 0,5 mm. S'il n'y avait pas de jeu à froid, il pourrait arriver que la soupape soit encore légèrement poussée par le culbuteur lorsque le moteur est chaud car la tige de soupape se dilate avec sa montée en température.
Contraintes :
L'ensemble soupape/siège de soupape est soumis à plusieurs types de contraintes :
La température : Si la soupape d'admission est légèrement refroidie par le passage des gaz frais entrant dans le cylindre, celle d'échappement est par contre constamment soumise au passage des gaz d'échappement qui sont brûlants. En fonctionnement, la température des soupapes s'élève de plusieurs centaines de degrés.
La pression : La pression qui règne dans le cylindre d'un un moteur en fonctionnement est importante, notamment lors de la phase d'explosion.
Nombre de cycles d'ouverture / fermeture : les soupapes sont continuellement en mouvement. Un petit calcul rapide donne par exemple : à 6000 trs/min chaque soupape s'ouvre et se ferme 50 fois par seconde !! ( une fois tous les 2 tours moteurs )
Simulation : une heure d'autoroute à un rythme que nous qualifierons de raisonnable.... disons que le moteur tourne à 3500 trs/min. Cela donne 3500/2*60 = 105 000 cycles d'ouverture/fermeture... çà bosse là-dedans !
Spécificité GPL :
La température : la température de combustion du G.P.L. est plus importante que celle de l'essence ( de l'ordre de 200°C en plus ). L'ensemble soupape/siège de soupapes est donc soumis à des contraintes thermiques plus fortes que si le moteur fonctionnait à l'essence.
Aspect sec du carburant : Le G.P.L. Est comme l'essence sans plomb, il n'a pas l'aspect "lubrifiant" qu'avait le super plombé. Le plomb ajouté dans l'essence, outre ses propriétés anti-détonantes qui évitait l'auto-allumage se déposait +/- sous forme d'un film protecteur qui protégeait l'ensemble soupape/siège de soupape.
Risques :
Et me direz vous.... elles ont chaud et elles ne sont pas "lubrifiées".... et alors ???
Et bien justement, c'est là que tout se joue ! La conséquence des contraintes qu'elles subissent est que le métal qui est au point d'étanchéité entre la soupape et le siège de soupape subit une usure accélérée et beaucoup plus important que si le moteur fonctionnait à l'essence.
Cette usure fait que le jeu entre la queue de la soupape et le culbuteur diminue régulièrement. Ce phénomène s'appelle la récession des soupapes. A partir d'un certain degré d'usure, lorsque le jeu n'est plus suffisant la soupape ne se ferme plus et lors de la combustion du mélange gazeux un effet de chalumeau se produit à l'endroit ou l'étanchéité n'est plus assurée et détériore totalement l'ensemble soupape/siège de soupape.
Les premiers symptômes sont : le moteur qui cale, manque de puissance, fonctionnement irrégulier.
Que faire ?? :
En préventif :
Il faut d'abord et avant tout s'assurer que le jeu de fonctionnement soupape/culbuteur ne soit pas trop réduit. Une seule méthode : le faire régler régulièrement. Seuls les moteurs ayant des poussoirs hydrauliques peuvent s'en passer.
Lorsque vous choisissez un modèle de voiture en vue d'un équipement GPL portez plutôt votre choix sur un modèle avec poussoirs hydrauliques. Optez aussi de préférence pour un moteur ayant une cylindrée importante, à vitesse équivalente, le moteur sera moins sollicité.
Toujours lors de l'achat d'un véhicule en vue d'un équipement GPL, certains modèles qui sont à éviter car fragile à ce niveau. Je possède une liste de quelques références de moteurs à éviter. Ne voulant pas faire ni de publicité, ni de contre-publicité pour qui que ce soit, je ne mettrais pas cette liste en ligne. Par contre, si vous avez des doutes sur la capacité de votre moteur à fonctionner au GPL, je répondrai volontiers à vos mails sur ce sujet.
Pour autant, même ces moteurs réputés fragiles peuvent être adaptés au GPL moyennant un changement des soupapes et sièges de soupapes par des modèles plus résistants.
Une conduite cool fait moins chauffer le moteur et ménage les soupapes, ce n'est pas si compliqué : il suffit bien souvent de respecter les limitations de vitesses !!
Même si votre moteur est réputé pour sa solidité, il faut avoir présent à l'esprit que c'est une température plus élevée qui est à l'origine du problème. Donc par temps anormalement chaud, il faut être vigilant et adapter sa conduite de façon à éviter une température de fonctionnement trop élevée.
En curatif :
Un passage chez votre garagiste préféré s'impose. Avec un peu de chance, il n'y aura pas de casse et un simple réglage du jeu de fonctionnement soupape/culbuteur éliminera le problème. Si le cas est plus grave, il faut déculasser le moteur, selon les cas faire simplement un rodage de soupapes ou dans les cas graves procéder au changements des pièces.
Schéma de principe :
Légende :
1 : Arbre à came
2 : Culbuteur
3 : Vis/écrou de réglage
4 : Ressort de rappel de la soupape
5 : Soupape
6 : Guide de soupape
7 : Siège de soupape
