Réduire la consommation de carburant
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THE MAGAZINE DEVOTED TO NICKEL AND ITS APPLICATIONS |
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Les soupapes de moteur s'ouvrent et se ferment normalement 30 fois par seconde, ce qui entraîne une contrainte thermique et mécanique extrême des soupapes qui doivent fonctionner dans un environnement hautement corrosif. |
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Les soupapes de moteur en nickel peuvent être creuses (comme illustré ici), ce qui permet de réduire leur poids et, de ce fait, diminuer la consommation de carburant et les émissions de gaz d'échappement. |
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Le prix "L'acier dans la recherche et le développement" 2003 de l'industrie allemande de l'acier inoxydable a été attribué à la société Mahle Ventiltrieb GmbH pour la construction de la soupape légère ci-dessus. |
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Une soupape de moteur creuse en alliage de nickel gagne le premier prix de l'innovation. Par Virginia Heffernan
Magazine Nickel, Mars, 2004 -- Une soupape légère réalisée en alliage de nickel a été récompensée par la première place dans la catégorie "L'acier dans la recherche et le développement" du Prix de l'Innovation de l'Acier 2003.
L'industrie allemande de l'acier a introduit ce prix annuel en 1989 afin de promouvoir les applications et les idées novatrices dans le domaine de l'acier. L'année dernière, 678 contributions ont été soumises et 12 lauréats ont été sélectionnés dans les différentes catégories. Ces catégories englobent les produits en acier, la recherche et le développement, l'acier dans l'industrie de la construction et le design.
Réalisée en NiCr23Fe avec une teneur en nickel de 60 %, la soupape lauréate a été construite par Mahle Ventiltrieb, une société implantée à Stuttgart, afin de répondre à la demande de soupapes légères et peu onéreuses pour les moteurs à combustion.
Le choix du matériau était basé sur de nombreuses exigences souvent conflictuelles, rapporte le manager de projet, Marcus Abele. En effet, le matériau devait se prêter au formage à froid et au soudage au rayon laser tout en résistant aux contraintes thermiques et mécaniques extrêmes dans l'atmosphère corrosive du moteur. Les soupapes s'ouvrent et se ferment 30 fois par seconde à des vitesses de moteur moyennes et à des températures pouvant atteindre 950°C.
La nouvelle soupape présente un poids inférieur de 30 à 50 % à celui des soupapes conventionnelles, ce qui réduit la masse à déplacer dans le mécanisme d'actionnement de la soupape, réduisant ainsi les pertes par friction dans le moteur. Or, une réduction des frictions et du poids engendre une diminution de la consommation de carburant et des émissions de gaz d'échappement, une augmentation de la vitesse de moteur admissible et une diminution de l'usure du moteur.
"Les clients s'intéressent déjà à cette soupape légère", rapporte M. Abele. "Les premiers modèles doivent être produits en grande série dès 2005."
Dans le passé, les tentatives de mettre au point des soupapes plus légères impliquaient des matériaux céramiques, du titane et de l'aluminide de titane. Or, les matériaux céramiques ont tendance à se fissurer sous des contraintes importantes et les matériaux à base de titane doivent être revêtus afin d'être tribologiquement compatibles avec les autres composants de la soupape. Les coûts de matériel élevés ainsi que les coûts importants de la fabrication et des essais ont empêché la poursuite du développement de ces matériaux.
Une autre différence entre la nouvelle soupape et les soupapes conventionnelles réside dans sa structure. La soupape de Mahle est creuse et dispose d'une tige en acier de haute précision. La bille et la lame de la soupape sont produites à l'aide d'un procédé de formage à plusieurs étapes à partir de tôles d'acier d'une épaisseur de 0,8 à 1,8 mm. Les différents composants sont assemblés au moyen d'un procédé de soudage au rayon laser, et les cavités des soupapes d'échappement, qui doivent résister à des contraintes thermiques élevées, sont remplies de sodium de manière à assurer une dissipation optimale de la chaleur.
L'utilisation de composants de haute précision permet de réduire le degré de façonnage mécanique requis à environ un quart de celui d'une soupape forgée.
Le développement de la soupape lauréate a été lancé en 1998 en raison de la demande de soupapes peu onéreuses adaptées aux moteurs à combustion. La principale innovation était l'utilisation de composants en tôle d'acier, raconte M. Abele. Après la mise au point d'un prototype, Mahle a déposé des brevets pour la nouvelle soupape tant en Allemagne qu'à l'échelon international. Et c'est alors qu'a commencé un programme intensif de construction et d'essais incluant un test avec un véhicule parcourant plus de 80 500 km.
En 2001, Mahle a présenté la nouvelle soupape à l'industrie à l'occasion du SAE World Congress à Detroit, Michigan, Etats-Unis, et du Symposium Moteurs à Vienne, Autriche.
Virginia Heffernan est une collaboratrice indépendant établie à Toronto.
FIGURES: MAHLE Ventiltrieb GmbH
 Marcus Abele |
