L'arbre à cames est essentiel au fonctionnement de base d'un moteur. Composé de deux parties distinctes, les cames et l’arbre, l’arbre à cames est l’élément qui permet l’ouverture des vannes. Lorsque l'arbre tourne, les cames en forme d'oeuf (ou "lobes") poussent les soupapes pour les ouvrir en synchronisation avec le pignon de vilebrequin.

Identifier l'arbre à cames

Dans les moteurs modernes à arbre à cames en tête (OHC), l'arbre à cames est situé dans la culasse. Les moteurs à simple OHC (SOHC) ont une came par rangée, généralement montée entre les tiges de soupapes. Les culbuteurs transmettent le mouvement SOHC aux soupapes. Les moteurs Dual OHC (DACT) ont deux cames par rangée, généralement directement au-dessus des tiges de soupapes, une pour les soupapes d'admission et une pour les soupapes d'échappement. La force est transmise directement à la valve. Un moteur SOHC i4 (quatre cylindres) a un arbre à cames, alors qu'un moteur SOHC V6 ou V8 en a deux. Un moteur i4 à DACT a deux arbres à cames, alors qu'un moteur V6 ou V8 à DACT a quatre arbres à cames. Les moteurs à arbre à cames en tête ont trois à cinq soupapes par cylindre, mais généralement deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement.

Les moteurs plus anciens et quelques moteurs plus récents à «poussoir» ont un seul arbre à cames dans le bloc-cylindres. Les longues tiges métalliques en métal transmettent le mouvement de l'arbre à cames aux culbuteurs, qui transmettent ce mouvement aux soupapes. Les moteurs à tige poussoir ont généralement deux ou trois soupapes par cylindre, généralement une soupape d'admission et une soupape d'échappement.

L'arbre à cames typique est fraisé à partir d'une ébauche en acier moulé brut. Certains arbres à cames performants et personnalisés peuvent être fraisés à partir d’un bloc d’acier massif.

Comment fonctionnent les arbres à cames

Lorsque l'arbre à cames tourne, les lobes de la came montent et descendent. Dans les moteurs à DACT, à chaque rotation, un lobe à came unique pousse la soupape vers le bas et l’ouvre dans le cylindre. De même, dans les moteurs à SOHC et à poussoir, le lobe de la came pousse sur les culbuteurs (ou sur les poussoirs puis sur les culbuteurs) en ouvrant la soupape. Au fur et à mesure que le lobe de la came tourne, le ressort de soupape force la soupape à se relever et la ferme.

L'arbre à cames est généralement connecté au vilebrequin à l'aide d'une chaîne de distribution ou d'une courroie de distribution. Dans certains moteurs à poussoir, des engrenages de synchronisation peuvent également être utilisés. Le pignon d'arbre à cames a deux fois plus de dents que le pignon de vilebrequin, ce qui lui permet de tourner à la moitié de la vitesse du vilebrequin. L'arbre à cames a quatre courses distinctes: admission, compression, puissance et échappement.

Les arbres à cames courants sont conçus pour correspondre aux caractéristiques de fonctionnement habituelles et peuvent accentuer l'efficacité de la navigation sur les autoroutes ou la puissance à bas régime. De même, le «soulèvement» de la vanne se réfère à la hauteur du lobe par rapport au centre de l’arbre, ce qui détermine la distance d’ouverture de la vanne. Sur les arbres à cames fixes, cela n’est pas réglable, mais il existe des circonstances dans lesquelles le moteur peut mieux «respirer» si seules les soupapes pouvaient s’ouvrir un peu plus. De plus, un arbre à cames fixe peut ouvrir la soupape d'admission 10 ° avant le TDC (BTDC) et la fermer 5 ° après le point mort bas (ABDC) et ouvrir la soupape d'échappement 15 ° avant le point mort bas (BBDC) et la fermer à 5 ° ATDC. Ceci est appelé la durée d'ouverture de la vanne. Cela fonctionne bien en moyenne mais n’excelle dans aucune situation de conduite.

Fonctions d'arbre à cames spécialisées

Le timing est important. Les vannes doivent s'ouvrir et se fermer à des intervalles spécifiques en fonction de la position du cylindre. Par exemple, lorsque le cylindre n ° 1 arrive au point mort haut de la course d’échappement, l’arbre à cames ouvre les soupapes d’admission et ferme les soupapes d’échappement. Dans le même temps, le cylindre n ° 3 pourrait atteindre le PMH lors de la course de compression, de sorte que l’arbre à cames laisserait ces soupapes fermées.

Les arbres à cames équipés du calage variable des soupapes (VVT) utilisent des actionneurs hydrauliques pour faire avancer ou retarder le calage des soupapes par rapport à l'angle du vilebrequin. Le VVT ​​permet une efficacité à haute vitesse ou une puissance à basse vitesse.

En utilisant des arbres à cames spécialisés à levée variable (VVL) et des solénoïdes ou des actionneurs hydrauliques commandés par ordinateur, l'ECM peut choisir entre deux options de levée de soupape, en fonction de la demande du conducteur.

Sur les véhicules à injection directe, sur certains moteurs diesel et sur la plupart des moteurs à injection directe d'essence, la pompe à essence haute pression (HPFP) est entraînée par un lobe situé sur l'un des arbres à cames.

Problèmes courants d'arbre à cames

Parce que l'arbre à cames est un composant en acier solide, il n'est pas sujet à l'usure ou à la rupture. Dans la plupart des moteurs, d’autres pièces s’usent avant l’arbre à cames. Néanmoins, quelques problèmes d’arbre à cames courants peuvent survenir.

• Les lobes de caméra usés (également appelés «éjectés» ou «fouettés») se réfèrent aux lobes de came usés. Les lobes de came usés n'ouvrent pas les soupapes autant que prévu, ce qui entraînerait des performances médiocres du moteur et des ratés d'allumage des cylindres. Si cela affecte le HPFP, une pression de carburant insuffisante entraînera des émissions plus élevées et des ratés d'allumage aléatoires.
• Les élévateurs usés ne font pas référence à un problème exclusif d'arbre à cames, mais peuvent être entraînés par l'arbre à cames. Un dispositif de levage usé ne soulèvera pas la soupape autant que prévu, voire jamais, et est généralement perçu comme un cliquetis ou un tapotement dans le couvercle de la soupape.
• Arbre à cames brisé se réfère à une défaillance catastrophique de l'arbre à cames. Cela pourrait être un défaut de fabrication ou être causé par le grippage de l'arbre à cames. Dans les moteurs à bielle, un arbre à cames cassé pourrait endommager considérablement les bielles, le bloc-cylindres, les pistons ou le vilebrequin. Dans les moteurs à interférence, un arbre à cames cassé pourrait endommager la culasse, les soupapes ou les pistons.

Ces trois problèmes sont causés par un manque d'entretien du moteur. Prévenez les problèmes d'arbre à cames en effectuant des vidanges régulières de l'huile moteur avec une huile de qualité, en suivant les recommandations du fabricant concernant les intervalles de vidange, le type d'huile et la viscosité de l'huile, et en évitant la surchauffe du moteur.