Supape

Supapele sunt porțile cu deschidere precis sincronizată care reglează circulația gazelor înspre și dinspre cilindrii motorului, deschizându-se pentru a admite amestecul proaspăt de aer și combustibil și pentru a evacua gazele arse, apoi etanșând ferm, astfel încât arderea să se poată produce sub presiune. Ele sunt fundamentale pentru ciclul în patru timpi: fără funcționarea lor exactă și repetabilă, un motor nu ar putea nici să respire încărcătura de care are nevoie, nici să elimine gazele arse care altfel l-ar sufoca. Fiecare cilindru are cel puțin o supapă de admisie și una de evacuare, iar comportamentul lor este esențial pentru modul în care funcționează motorul.

Supapa tipică, de tip taler, este o componentă în formă de ciupercă, cu un cap plat sau conic și o tijă lungă. Capul se așază pe un inel prelucrat din chiulasă, formând o etanșare la gaze în poziție închisă. Deschiderea este comandată de arborele cu came: lobii rotitori apasă pe supapă, direct sau prin culbutori, balansiere și tacheți, împingând-o în jos, în cilindru, învingând rezistența. Închiderea este asigurată de un arc rigid de supapă, care readuce ferm supapa pe scaunul ei în clipa în care lobul camei se rotește mai departe. Sincronizarea acestor evenimente este corelată precis cu arborele cotit, astfel încât supapele să se deschidă și să se închidă exact la momentul potrivit din fiecare ciclu.

Numărul, dimensiunea și sincronizarea supapelor influențează puternic caracterul unui motor. Mai multe supape pe cilindru — patru fiind opțiunea modernă obișnuită, cu două de admisie și două de evacuare — oferă o suprafață totală de deschidere mai mare pentru un anumit diametru, lăsând motorul să respire mai liber și să dezvolte o putere mai mare, în special la regimuri ridicate. Sincronizarea lor și durata în care rămân deschise determină dacă un motor favorizează cuplul la turații joase sau puterea la turații înalte. Inginerii reglează astfel cu grijă numărul, înălțimea de ridicare și sincronizarea supapelor pentru a echilibra performanța, eficiența și emisiile în funcție de destinația motorului.

Supapele de evacuare, în special, suportă condiții cumplite. Sunt expuse în mod repetat unor gaze de ardere care pot depăși 700 până la 800 de grade Celsius, având relativ puține ocazii de a disipa căldura, în afară de scaunele și tijele lor. Sunt fabricate din aliaje rezistente la temperatură, iar unele sunt umplute cu sodiu pentru a conduce căldura departe de cap sau sunt prevăzute cu scaune călite și simeringuri de tijă. Supapele de admisie funcționează mai rece, ajutate de încărcătura care intră, însă toate supapele trebuie să etanșeze cu precizie de mii de ori pe minut, pe tot parcursul vieții motorului.

Din această solicitare exigentă decurg considerente practice. Jocurile supapelor trebuie să fie corecte — prea mici, o supapă poate să nu se mai așeze și să se ardă; prea mari, mecanismul devine zgomotos și uzat — motiv pentru care multe motoare folosesc tacheți hidraulici care mențin automat jocul. Depunerile de calamină, recesiunea scaunelor și slăbirea arcurilor pot degrada etanșarea în timp. Supapele lucrează strâns cu arborele cu came, iar concepțiile moderne cu distribuție variabilă și cu mai multe supape se construiesc direct pe principiul lor de bază, pentru a extrage tot mai multă eficiență și flexibilitate din motor.