Conception et dimensionnement d’une distribution
Distribution à soupapes

La distribution regroupe l’ensemble des organes qui permettent la mise en communication du cylindre avec le milieu extérieur lors des phases de vidange et de remplissage (opérations de transvasement). Sa fonction est de définir la loi d’évolution de la section de passage des gaz brûlés et des gaz frais en fonction de l’angle de rotation du vilebrequin (diagramme de distribution).

La distribution joue évidemment un rôle déterminant en ce qui concerne les performances du moteur. Elle intervient aussi de façon secondaire dans la formation des émissions polluantes. Jointe aux systèmes d’admission et d’échappement, elle définit la perméabilité du moteur et, par conséquent, son remplissage en air en fonction du régime. Elle doit donc autoriser une vidange aussi complète que possible du cylindre et une introduction de la masse maximale d’air frais. Ces deux phénomènes étant fortement dépendants du régime de rotation, la distribution doit être adaptée, par ses caractéristiques et par les solutions technologiques retenues, aux objectifs du moteur : souplesse, puissance spécifique élevée, faible niveau de pollution, etc.

Outre son rôle actif essentiel lors des phases de transvasement, la distribution doit assurer l’étanchéité entre le cylindre et le milieu extérieur pendant le cycle haute pression. Certains de ses organes, au contact direct de la combustion, sont soumis à des contraintes thermiques importantes (la température au cours du cycle pouvant dépasser 2 500 K) et à des pressions élevées (entre 60 et 120 bar selon les cycles). De plus, les résidus de combustion sont une source d’encrassement préjudiciable au bon fonctionnement.

Cet article aborde les différents problèmes liés à la définition d’une distribution à soupapes. Sont traités successivement :

• l’analyse fonctionnelle établissant les relations qui lient la perméabilité du moteur à la géométrie et à la cinématique des soupapes. Le remplissage du moteur faisant intervenir d’autres facteurs tels que la géométrie des tubulures d’admission et d’échappement n’est pas traité dans cet article ;

• les principaux critères de dimensionnement des éléments constitutifs de la distribution ;

• les architectures de distributions à soupapes utilisées sur les moteurs contemporains. Les avantages et les incovénients de chacune d’entre elles sont analysés en fonction des critères préalablement définis dans les deux premières parties.

Les courbes présentées dans cet article ne constituent nullement des abaques de référence mais illustrent, de façon qualitative, l’évolution des différentes grandeurs étudiées.