Soupape d'échappement automatique

Une mauvaise combustion entraîne non seulement une augmentation de la température des gaz d’échappement, mais également une formation de carbone dans la chambre de combustion. L'augmentation de la température des gaz d'échappement aggrave l'environnement de travail de la soupape d'échappement, et d'autres conditions combinées peuvent encore aggraver la combustion de la soupape. Une partie du carbone présent dans la chambre de combustion sera évacuée avec les gaz d'échappement, mais il peut se coincer sur la surface d'étanchéité de la soupape d'échappement et du siège de soupape, à l'instar des particules mentionnées ci-dessus. En particulier, si la température de chauffage du fioul lourd n'est pas bien maîtrisée, sa viscosité élevée rend difficile l'atomisation du carburant injecté dans le cylindre. Le rétrogradage de la combustion provoqué par l'usure du piston de la pompe à huile haute pression peut entraîner une mauvaise combustion, entraînant une contamination des surfaces d'étanchéité de la soupape d'échappement et du siège de soupape par des dépôts de carbone. De plus, les impuretés présentes dans le carburant peuvent se déposer sur le disque de la soupape d'échappement et sur le cône d'étanchéité du siège de soupape, formant une couche de verre mélangée à des particules de carbone, qui devient de plus en plus dure et cassante. Ce mélange peut contenir du sulfate de sodium, du sulfate de calcium, de l'oxyde de fer et d'autres substances. Lorsque l'épaisseur de cette couche vitreuse devient trop importante, des fissures peuvent se former sous la force d'impact lors de la fermeture du robinet de gaz. Après des impacts répétés, ces fissures peuvent entraîner une exfoliation, créant un canal de jet de gaz à haute température et brûlant la vanne de gaz.

Lorsque l'huile entrant dans la chambre de combustion est mélangée à des particules d'impuretés incombustibles, ces particules peuvent sortir du cylindre avec les gaz d'échappement. Pendant le processus d'échappement, il est possible qu'ils se coincent sur la surface d'étanchéité de la soupape d'échappement et sur le siège de soupape lorsque la soupape se ferme. En conséquence, la soupape d’échappement ne peut pas se fermer complètement. Le diamètre des impuretés particulaires coincées peut correspondre à l’ouverture de la vanne. Bien que les impuretés particulaires qui peuvent pénétrer dans la chambre de combustion par la buse de l'injecteur de carburant soient relativement petites, la combustion explosive peut créer une pression très élevée dans la chambre de combustion, provoquant l'éclatement de gaz de combustion à haute température par la petite ouverture de la soupape. À ce moment-là, la température des gaz de combustion qui s'échappent peut atteindre environ 2 000 degrés, ce qui est beaucoup plus élevé que la température des gaz d'échappement circulant sur la surface d'étanchéité de la soupape d'échappement pendant la course d'échappement. Bien que le matériau de la surface d'étanchéité de la soupape d'échappement puisse résister à l'érosion normale des gaz d'échappement, il ne peut pas tolérer l'érosion causée par de tels gaz de combustion à haute pression et haute température, conduisant à une combustion rapide de la soupape d'échappement. Cela est particulièrement vrai si la vanne est coincée avec des particules extrêmement dures telles que de l'alumine et de la silice mélangées à du pétrole lourd. Étant donné que le cône d'étanchéité d'une soupape d'échappement ordinaire n'est pas très dur aux températures de fonctionnement, l'impact de la soupape fermée peut incruster des particules dures de produits de combustion dans la surface d'étanchéité, créant ainsi des piqûres. Une fois que ces piqûres pénètrent dans la surface d’étanchéité, une fuite d’air se produit, entraînant une combustion de la vanne.

Actuellement, les carburants de mauvaise qualité couramment utilisés sur le marché du transport maritime contiennent de grandes quantités de vanadium, de sodium et de soufre. Lors de la combustion, des éléments comme le soufre, le vanadium et le sodium forment des oxydes de soufre, du pentoxyde de vanadium et de l'oxyde de sodium (la composition chimique de ces oxydes dépend de l'excès d'oxygène et de la température de combustion). Ces oxydes peuvent réagir entre eux et avec le calcium présent dans l'huile lubrifiante pour former des sels à bas point de fusion, tels que le sulfate de sodium, le sulfate de calcium et le vanadate de sodium. Ces mélanges de sels ont généralement des points de fusion autour de 535 degrés et sont très corrosifs. Lorsque la température d'un composant dépasse 550 degrés, les composés de vanadium et de sodium peuvent fondre et adhérer à sa surface. Lorsque la soupape d'échappement fonctionne à des températures de 550 degrés ou plus en raison de divers facteurs, ces composés peuvent se déposer sur le disque et le siège de la soupape, ainsi que sur la surface de transition entre la tige de soupape et la surface de la soupape, sous forme liquide. À ce stade, même les aciers alliés durs très résistants à la corrosion peuvent être corrodés. Le résultat de cette corrosion est la formation de piqûres sur le cône d'étanchéité. Une fois que ces piqûres se connectent et pénètrent dans la surface d’étanchéité, elles peuvent provoquer des fuites d’air et brûler la vanne. De plus, dès que des piqûres apparaissent sur la surface d'étanchéité de la vanne et du siège de vanne, des solutions corrosives peuvent se déposer, accélérant ainsi la formation de piqûres. Cette corrosion se produisant à des températures élevées, elle est appelée « corrosion à haute température », le vanadium étant particulièrement nocif parmi les éléments responsables.

Le moteur diesel à quatre temps qui utilise de l'huile lourde est conçu avec un mécanisme qui permet à la soupape d'échappement de tourner automatiquement d'un certain angle à chaque ouverture et fermeture. Cette rotation permet d'éliminer les particules et les dépôts de carbone collés sur la surface d'étanchéité, évitant ainsi leur accumulation. Si le mécanisme de rotation tombe en panne et que la soupape d'échappement ne peut pas continuer à tourner pendant le fonctionnement, ou si la rotation n'est pas cohérente avec la course de fermeture, la soupape d'échappement peut rapidement griller, raccourcissant considérablement sa durée de vie.

La qualité globale de la vanne peut également avoir un impact sur ses performances et sa durée de vie.

Un meulage incorrect de la soupape d'échappement et du siège de soupape peut provoquer des fuites d'air sur leurs surfaces d'étanchéité.