De nombreuses personnes ont probablement entendu l’abréviation « culasse ». L’abréviation est simple : « culasse ». Cette unité complexe et plutôt coûteuse se trouve dans chaque moteur à combustion interne. La culasse est d’ailleurs l’une de ses pièces maîtresses. Pour mieux comprendre ce qu’est la culasse, rappelons la structure du moteur à combustion interne. Nous l’expliquons le plus simplement possible, mais avec quelques détails importants.
Où se trouve la culasse
Commençons par la question la plus simple concernant la CMC : ce qu’elle est dans la voiture et où elle se trouve. La partie principale (et la plus massive) du moteur à combustion interne est le bloc-cylindres. Comme son nom l’indique, il contient des cylindres dans lesquels se déplacent les pistons. Par le bas, le bloc est recouvert d’un bac, dans lequel l’huile s’écoule après la lubrification des pièces. La pompe à huile la récupère pour la réinjecter dans le système.
La culasse est montée sur le bloc-cylindres par l’intermédiaire d’un joint spécial. Elle est à son tour recouverte d’un capuchon qui empêche les projections d’huile et la pénétration de saletés à l’intérieur du moteur. Le couvre-culasse est la partie la plus haute et la plus visible du moteur. On le voit lorsqu’on ouvre le capot, s’il n’est pas recouvert d’un cache en plastique décoratif.
D’ailleurs, il peut y avoir non pas un, mais plusieurs couvre-culasses, ainsi que les culasses elles-mêmes. Si le moteur est en forme de V ou d’opposition, chaque moitié de cylindre aura sa propre culasse. Certains gros camions diesels ont été fabriqués avec des culasses individuelles. Seul le moteur en ligne n’en a qu’une.
Quelles sont les fonctions de la culasse
La question suivante est la suivante : pourquoi a-t-on besoin d’une culasse ? En fait, elle remplit de nombreuses fonctions complexes.
Avec sa partie inférieure, située directement au-dessus des cylindres, la culasse fait partie de la chambre de combustion.
La culasse contient des éléments des systèmes d’alimentation et d’allumage – bougies d’allumage ou bougies de préchauffage (pour les diesels), ainsi que des injecteurs de carburant.
La culasse comporte un mécanisme de soupapes, grâce auquel l’air ou le mélange air-carburant est acheminé vers les chambres de combustion et les gaz d’échappement sont évacués. À cette fin, les collecteurs d’admission et d’échappement sont fixés à la culasse.
La culasse fait partie de la chemise d’eau de refroidissement et du système de lubrification du moteur.
La construction et les variétés de l’ensemble culasse
En quoi consiste la culasse ? Elle est constituée d’un carter de forme complexe (également appelé carter moteur), en fonte ou en alliage d’aluminium. Les culasses en fonte ont une résistance mécanique et une résistance à la chaleur élevées. Elles ne sont pas sujettes à la déformation et au gauchissement lorsqu’elles sont chauffées. Mais elles présentent un inconvénient : leur poids élevé.
Les têtes en aluminium ne sont pas seulement beaucoup plus légères. Ce matériau a une meilleure conductivité thermique, il chauffe donc moins (ou, plus exactement, il refroidit plus facilement) et fonctionne mieux dans les moteurs à haute compression. La plupart des moteurs de voitures particulières modernes utilisent des culasses en aluminium.
Mais qu’il s’agisse d’une culasse en fonte ou en aluminium, de quoi se compose une pièce aussi complexe ? Des canaux pour la circulation du liquide de refroidissement, des conduites d’huile, des encoches pour les chambres de combustion de chaque cylindre sont nécessairement pratiqués dans le logement de la culasse.
Et surtout, la culasse moderne abrite la commande des soupapes. Le plateau de chaque soupape de la culasse est doté d’un siège et la tige d’un manchon. Les culasses se distinguent tout d’abord par le type de mécanisme de soupape. Elles peuvent être :
- avec un arbre à cames;
- avec deux arbres à cames;
- sans arbre à cames.
La tête SOHC (Single Over Head Cam) possède un seul arbre à cames qui commande les soupapes d’admission et d’échappement. Les soupapes sont ouvertes soit par les culbuteurs, soit directement par les cames sur l’arbre. Ces culasses ont généralement deux ou trois soupapes par cylindre.
Le système DOHC (Double OverHead Cam) implique deux arbres à cames dans la culasse. Le premier arbre commande les soupapes d’admission, qui sont montées d’un côté, et l’autre arbre commande les soupapes d’échappement du côté opposé de la culasse. La plupart des voitures modernes sont équipées d’un moteur à double arbre à cames en tête (DOHC), avec quatre soupapes par cylindre. La conception à double arbre à cames en tête permet aux soupapes d’admission d’être plus inclinées par rapport aux soupapes d’échappement, ce qui permet un meilleur remplissage des cylindres avec de l’air ou un mélange air-carburant. Mais la conception à double arbre à cames en tête est la plus complexe. Outre les deux arbres à cames, le deuxième arbre doit être entraîné par un engrenage, une courroie ou une chaîne.
La tête sans arbre à cames fait référence au système OHV (Over Head Valve), qui signifie littéralement « soupapes dans la tête ». Dans ce cas, la conception est telle que les soupapes sont entraînées par des tiges de poussoir et des culbuteurs, et l’arbre à cames n’est pas installé dans la culasse, mais dans le bloc-cylindres. Dans la culasse d’un système à soupapes en tête, il est plus difficile d’installer plus de deux soupapes par cylindre, et les tiges de poussoir avec culbuteurs ne fonctionnent pas bien à haut régime. Cette conception est considérée comme encombrante (bien qu’elle simplifie grandement l’entraînement de la distribution, qui est facilement contourné par une chaîne ou une courroie) et est rarement utilisée aujourd’hui.
Entretien de la culasse et signes de dysfonctionnement
Bien que la structure de l’ensemble culasse soit assez complexe, l’entretien principal se réduit au réglage des jeux dans la commande des soupapes, si celles-ci ne sont pas équipées d’hydrocompensateurs. Ce réglage, qui dépend de la conception de la distribution, s’effectue de différentes manières : à l’aide de vis de réglage ou en remplaçant (en sélectionnant) les rondelles ou les poussoirs. La fréquence de vérification et, si nécessaire, de réglage des soupapes est indiquée dans le manuel d’instructions de la voiture. Mais il peut parfois être nécessaire de le faire à l’avance, si le moteur tourne et que l’on entend un bruit caractéristique de claquement sous le cache-soupapes.
Plusieurs symptômes peuvent indiquer qu’il y a un problème au niveau de la culasse :
- diminution de la puissance du moteur;
- complications au démarrage du moteur, surtout en hiver;
- cognement des soupapes;
- fumée bleue ou blanchâtre provenant du tuyau d’échappement;
- émulsion dans le carter du moteur et sur la jauge d’huile ;
- taches d’huile dans le vase d’expansion ;
- perte de niveau d’huile ou de liquide de refroidissement.
Problèmes possibles, leurs causes et leur solution
Examinons les problèmes et dysfonctionnements les plus courants de la culasse, ainsi que les moyens de les résoudre.
Défaillance du joint de la culasse. Il s’agit tout simplement d’une détérioration. Elle peut être causée par une surchauffe, mais sur les voitures « d’âge », le joint se détruit parfois simplement en raison du vieillissement ou de la dégradation de son matériau sous l’influence de l’huile, de l’antigel et des gaz d’échappement. En conséquence, la compression chute, les gaz d’échappement pénètrent dans l’antigel et l’antigel dans l’huile. Il n’y a qu’une seule solution : réparer le moteur en remplaçant les joints.
Courbure du plan de joint de la culasse en aluminium. Dans ce cas, on dit que la culasse est « suspendue ». Les symptômes sont les mêmes que dans le cas d’un joint de culasse percé. La cause la plus fréquente de ce problème est la surchauffe du moteur. Si la déformation n’est pas importante, elle peut être corrigée en fraisant le plan de joint dans des ateliers spécialisés. En cas de déformation importante, la culasse devra être remplacée par une nouvelle.
Fissures dans la culasse. Une autre conséquence de la surchauffe du moteur. Une autre solution consiste à mal serrer les boulons de fixation de la culasse au bloc moteur. Dans de rares cas, il est possible de se débarrasser de petites fissures par soudage. Mais il faut généralement remplacer le carter de la tête.
Usure des bagues de soupapes. Les bagues peuvent s’user en cas d’utilisation d’une huile de mauvaise qualité ou simplement en cas de kilométrage élevé. Pour résoudre le problème, il faut les extraire du carter et les remplacer par de nouvelles.
Usure des surfaces de travail des plateaux et/ou des sièges de soupapes. Ce problème peut généralement être résolu en rodant les soupapes sur les sièges de manière à obtenir des chanfreins corrects. Mais en cas d’usure importante (par exemple, fissuration de la plaque de soupape), qui se manifeste par un ralenti instable et une baisse de puissance du moteur, il faut remplacer les pièces usées par des neuves.
Claquement des soupapes lorsque le moteur tourne. Dans le cas d’un mécanisme sans hydrocompensateur, il est nécessaire de régler l’écartement. Dans le cas d’un mécanisme avec hydrocompensateurs, il faut remplacer les hydroporos de soupapes défectueux.
Fuite du couvercle de soupape. Il est nécessaire de remplacer le joint du couvercle de la soupape qui a perdu son étanchéité au fil du temps ou de renouveler le produit d’étanchéité si le couvercle est structurellement installé sans joint. Dans certains moteurs, le couvercle en plastique lui-même se déforme avec le temps. Dans ce cas, il faut le remplacer.
Usure des bouchons d’huile sur les tiges de soupapes. L’une des principales causes de l’augmentation de la consommation d’huile et de la fumée qui s’échappe du tuyau d’échappement – la graisse s’écoule le long des tiges dans le collecteur d’admission et, de là, pénètre dans les cylindres. Si les symptômes correspondants apparaissent, les bouchons sont remplacés par de nouveaux. En général, cette opération ne nécessite pas le démontage de la culasse elle-même.
Totaux
- La culasse, ou tête de cylindre, est une pièce qui recouvre le bloc-cylindres et remplit de nombreuses fonctions dans le moteur.
- En fonction du type de mécanisme de soupape, les culasses sont équipées d’un ou deux arbres à cames ou sans arbre à cames.
- La culasse ne nécessite pratiquement pas d’entretien programmé spécialisé.
- Les principaux défauts de la culasse sont la rupture du joint, la déformation des méplats de la culasse, les fissures, l’usure des bagues de soupapes, des chanfreins ou des sièges de soupapes, le cognement des soupapes, les fuites du couvercle de soupape et l’usure des bouchons d’huile.
