Tout sur l'arbre à cames du moteur

Arbre à cames moteur

Pour le fonctionnement stable du moteur à combustion interne, chaque pièce joue un rôle important. Parmi eux se trouve un arbre à cames. Considérez quelle est sa fonction, quels dysfonctionnements se produisent et dans quels cas il doit être remplacé.

Qu'est-ce qu'un arbre à cames

Dans les moteurs à combustion interne à fonctionnement à quatre temps, l'arbre à cames est un élément intégral, sans lequel l'air frais ou un mélange air-carburant n'entrera pas dans les cylindres. Il s'agit de l'arbre monté dans la culasse. Il est nécessaire pour que les soupapes d'admission et d'échappement s'ouvrent en temps opportun.

Chaque arbre à cames a des cames (excentriques en forme de goutte) qui appuient sur le suiveur de piston, ouvrant le trou correspondant dans la chambre du cylindre. Dans les moteurs classiques à quatre temps, les arbres à cames sont toujours utilisés (il peut y en avoir deux, quatre ou un).

Comment ça marche?

Une poulie d'entraînement (ou un astérisque, selon le type d'entraînement de distribution) est fixée à partir de l'extrémité de l'arbre à cames. Une courroie (ou une chaîne, si un astérisque est installé) est placée dessus, qui est reliée à la poulie ou au pignon du vilebrequin. Pendant la rotation du vilebrequin, un couple est fourni à l'entraînement de l'arbre à cames par l'intermédiaire d'une courroie ou d'une chaîne, grâce à laquelle cet arbre tourne de manière synchrone avec le vilebrequin.

La coupe transversale de l'arbre à cames montre que les cames sur celui-ci sont en forme de goutte. Lorsque l'arbre à cames tourne, la partie étendue de la came pousse contre le poussoir de soupape, ouvrant l'entrée ou la sortie. Lorsque les soupapes d'admission sont ouvertes, de l'air frais ou un mélange air-carburant pénètre dans le cylindre. Lorsque les soupapes d'échappement sont ouvertes, les gaz d'échappement sont évacués du cylindre.

La caractéristique de conception de l'arbre à cames vous permet de toujours ouvrir/fermer les soupapes au bon moment, assurant une distribution efficace du gaz dans le moteur. Par conséquent, cette partie s'appelle l'arbre à cames. Lorsque le couple de l'arbre est décalé (par exemple, lorsque la courroie ou la chaîne est tendue), les soupapes ne s'ouvrent pas conformément à la course effectuée dans le cylindre, ce qui entraîne un fonctionnement instable du moteur à combustion interne ou ne lui permet pas de travailler du tout.

Où se trouve l'arbre à cames?

L'emplacement de l'arbre à cames dépend des caractéristiques de conception du moteur. Dans certaines modifications, il est situé en dessous, sous le bloc-cylindres. Le plus souvent, il y a des modifications de moteurs dont l'arbre à cames est situé dans la culasse (au-dessus du moteur à combustion interne). Dans le second cas, la réparation et le réglage du mécanisme de distribution de gaz sont beaucoup plus faciles que dans le premier.

Les modifications des moteurs en forme de V sont équipées d'une courroie de distribution, qui est située dans l'effondrement du bloc-cylindres, et parfois un bloc séparé est équipé de son propre mécanisme de distribution de gaz. L'arbre à cames lui-même est fixé dans le carter avec des roulements, ce qui lui permet de tourner en continu et en douceur. Dans les moteurs boxer (ou boxer), la conception du moteur à combustion interne ne permet pas l'installation d'un seul arbre à cames. Dans ce cas, un mécanisme de distribution de gaz séparé est installé de chaque côté, mais leur travail est synchronisé.

Fonctions d'arbre à cames

Arbre à cames - élément de distribution (mécanisme de distribution de gaz). Il détermine l'ordre des cycles du moteur et synchronise l'ouverture / fermeture des soupapes, qui alimentent le mélange air-carburant dans les cylindres et évacuent les gaz d'échappement.

Le mécanisme de distribution de gaz fonctionne selon le principe suivant. Au moment du démarrage du moteur, le démarreur démarre ose arbre. L'arbre à cames est entraîné par une chaîne, une courroie montée sur une poulie de vilebrequin ou des engrenages (dans de nombreuses vieilles voitures américaines). La soupape d'admission s'ouvre dans le cylindre et un mélange d'essence et d'air pénètre dans la chambre de combustion. Au même moment, le capteur de vilebrequin fournit une impulsion à la bobine d'allumage. Il génère une décharge qui va à bougie.

Au moment où une étincelle apparaît, les deux soupapes du cylindre sont fermées et le mélange de carburant est comprimé. Pendant l'allumage, de l'énergie est générée et le piston descend. Ainsi, le vilebrequin tourne et met l'arbre à cames en mouvement. À ce stade, il ouvre la soupape d'échappement à travers laquelle les gaz d'échappement du processus de combustion sortent.

L'arbre à cames ouvre toujours la soupape souhaitée pendant une période de temps spécifique et à une hauteur standard. En raison de sa forme, cet élément fournit un cycle stable de changement de cycle dans le moteur.

Les détails des phases d'ouverture et de fermeture de la vanne, ainsi que leurs paramètres, sont présentés dans cette vidéo:

Phases sur les arbres à cames, quel chevauchement faut-il régler? Qu'est-ce que la "phase d'arbre à cames"?

Selon la modification du moteur, un ou plusieurs arbres à cames peuvent y être installés. Dans la plupart des véhicules, cette pièce est située dans la culasse. Il est entraîné par la rotation du vilebrequin. Ces deux éléments sont reliés à l'aide d'une courroie, d'une chaîne de distribution ou d'un engrenage.

Le plus souvent, un seul arbre à cames est équipé d'un moteur en ligne avec une disposition en ligne de cylindres. La plupart de ces moteurs ont deux soupapes par cylindre (une admission et un échappement). Il y a aussi des modifications avec trois soupapes par cylindre (deux à l'entrée, une à la sortie). Deux arbres sont le plus souvent équipés de moteurs dans lesquels 4 soupapes par cylindre. Dans les moteurs à combustion interne opposés et avec une forme en V, deux arbres à cames sont également installés.

Les moteurs à un seul arbre à cames ont une conception simple, ce qui réduit les coûts unitaires pendant le processus de fabrication. De telles modifications sont plus faciles à maintenir. Ils sont toujours installés sur des voitures économiques.

Sur les modifications de moteur plus coûteuses, certains fabricants installent un deuxième arbre à cames pour réduire la charge (par rapport aux options de calage à arbre unique) et dans certains modèles ICE pour fournir un déphasage de la distribution de gaz. Le plus souvent, un tel système se retrouve dans des voitures dont les caractéristiques sportives doivent différer.

L'arbre à cames ouvre toujours la soupape pendant une période de temps spécifique. Pour améliorer le rendement du moteur à des vitesses plus élevées, il est nécessaire de modifier cet intervalle (le moteur a besoin de plus d'air). Mais avec le réglage standard du mécanisme de distribution de gaz à des vitesses de vilebrequin accrues, la soupape d'admission se ferme avant que la quantité d'air souhaitée ne pénètre dans la chambre.

Dans le même temps, si vous installez un arbre à cames sport (les cames ouvrent les soupapes d'admission plus longtemps et à une hauteur différente), à ​​bas régime, il y a une forte probabilité que la soupape d'admission s'ouvre avant même la fermeture de la soupape d'échappement. Pour cette raison, une partie du mélange tombera dans le système d'échappement. En conséquence, une perte de puissance à basse vitesse et une toxicité accrue des gaz d'échappement.

Le schéma le plus simple pour obtenir cet effet est d'installer un arbre à cames avec une fonction de démarrage à un certain angle par rapport au vilebrequin. Ce mécanisme permet une fermeture / ouverture précoce et tardive des soupapes d'admission et d'échappement. À des vitesses allant jusqu'à 3500, il sera dans une position, et lorsque ce seuil est dépassé, l'arbre tourne un peu.

Chaque constructeur équipant ses voitures d'un tel système indique son propre marquage dans la documentation technique. Par exemple, Honda spécifie VTEC ou i-VTEC, Hyundai spécifie CVVT, Fiat - MultiAir, Mazda - S-VT, BMW - VANOS, Audi - Valvelift, Volkswagen - VVT, etc.

À ce jour, afin d'augmenter les performances des unités de puissance, des systèmes de distribution de gaz électromagnétiques et pneumatiques sans came sont en cours de développement. Jusqu'à présent, ces modifications sont très coûteuses à fabriquer et à entretenir, elles ne sont donc pas encore installées sur les voitures de production.

En plus de la répartition des cycles moteur, cette partie entraîne des équipements supplémentaires (en fonction de la modification du moteur), par exemple des pompes à huile et à carburant, ainsi qu'un arbre de distribution.

Conception d'arbre à cames

Les arbres à cames sont fabriqués par forgeage, coulée solide, coulée creuse et des modifications tubulaires sont récemment apparues. Le but de changer la technologie de création est de faciliter la conception pour obtenir une efficacité maximale du moteur.

L'arbre à cames est réalisé sous la forme d'une tige sur laquelle se trouvent de tels éléments:

• Chaussette. Il s'agit de l'avant de l'arbre dans lequel la rainure de clavette est réalisée. La poulie de la courroie de distribution est installée ici. Dans le cas d'un entraînement par chaîne, un astérisque est installé à sa place. Cette pièce est fixée avec un boulon d'extrémité.
• Cou d'un épiploon. Un joint d'huile y est attaché, empêchant la fuite de lubrifiant du mécanisme.
• Col de soutien. Le nombre de ces éléments dépend de la longueur de la tige. Des roulements de support sont montés sur eux, ce qui réduit la force de friction lors de la rotation de la tige. Ces éléments sont installés dans les rainures correspondantes de la culasse.
• Cams. Ce sont des saillies sous la forme d'une goutte gelée. Pendant la rotation, ils poussent la tige fixée au culbuteur (ou au poussoir de soupape lui-même). Le nombre de cames dépend du nombre de soupapes. Leur taille et leur forme affectent la hauteur et la durée de l'ouverture de la valve. Plus le pic est net, plus la vanne se ferme rapidement. Et vice versa - un bord doux maintient légèrement la valve ouverte. Plus l'axe de came est mince, plus la soupape s'abaissera, ce qui augmentera le volume de carburant et accélérera l'échappement des gaz d'échappement. Selon la forme des cames, le type de phases de distribution de gaz est déterminé (étroit - à bas régime, large - à haut). 
• Canaux pétroliers. Un trou traversant est fait à l'intérieur de l'arbre, à travers lequel l'huile est fournie aux cames (chacune a une petite sortie). Cela empêche l'effacement prématuré des tiges de poussoir et la production sur les plans de came.

Si un seul arbre à cames est utilisé dans la conception du moteur, les cames y sont disposées de sorte qu'un ensemble déplace les soupapes d'admission et un ensemble légèrement biaisé - échappement. Dans les moteurs dont les cylindres sont équipés de deux soupapes d'admission et de deux d'échappement, deux arbres à cames sont installés. Dans ce cas, l'un ouvre les soupapes d'admission et l'autre ouvre les gaz d'échappement.

Types

Fondamentalement, les arbres à cames ne sont pas fondamentalement différents les uns des autres. Les mécanismes de distribution de gaz diffèrent radicalement selon les moteurs. Par exemple, dans les systèmes ONS, l'arbre à cames est installé dans la culasse (au-dessus du bloc) et entraîne directement les soupapes (ou via des poussoirs, des poussoirs hydrauliques).

Dans les mécanismes de distribution de gaz de type OHV, l'arbre à cames est situé à côté du vilebrequin au bas du bloc-cylindres et les soupapes sont actionnées par des tiges de poussée. Selon le type de distribution, un ou deux arbres à cames par rangée de cylindres peuvent être installés dans la culasse.

Les arbres à cames diffèrent entre eux par le type de cames. Certains ont des "gouttes" plus allongées, tandis que d'autres, au contraire, ont une forme moins allongée. Cette conception offre une amplitude de mouvement de vanne différente (certaines ont un intervalle d'ouverture plus long, tandis que d'autres s'ouvrent plus longtemps). De telles caractéristiques des arbres à cames offrent de nombreuses possibilités de réglage des moteurs en modifiant le couple et la quantité de l'alimentation VTS.

Parmi les arbres à cames de réglage, il y a :

1. À la base. Fournit au moteur un couple maximal à bas régime, ce qui est idéal pour la conduite en ville.
2. Bas-milieu. C'est le juste milieu entre les bas et moyens régimes. Cet arbre à cames est souvent utilisé sur les machines de dragsters.
3. Cheval. Dans les moteurs dotés de tels arbres à cames, le couple maximal est disponible au régime maximal, ce qui a un effet positif sur la vitesse maximale de la voiture (pour la conduite sur autoroute).

En plus des arbres à cames de sport, il existe également des modifications qui ouvrent les deux groupes de soupapes (soupapes d'admission et d'échappement au moment opportun). Pour cela, deux groupes de cames sont utilisés sur l'arbre à cames. Les systèmes de distribution à DACT ont des arbres à cames d'admission et d'échappement individuels.

Quel est le capteur d'arbre à cames responsable de

Dans les moteurs avec un carburateur, un distributeur est connecté à l'arbre à cames, qui détermine quelle phase est effectuée dans le premier cylindre - entrée ou sortie.

Il n'y a pas de distributeur dans l'ICE d'injection, par conséquent, le capteur de position d'arbre à cames est chargé de déterminer les phases du premier cylindre. Sa tâche n'est pas identique à la fonctionnalité du capteur de vilebrequin. Pour un tour complet de la courroie de distribution, le vilebrequin tournera autour de son axe deux fois.

DPKV fixe le PMH du piston du premier cylindre et donne une impulsion à la formation d'une décharge pour la bougie. DPRV envoie un signal à l'ordinateur, à quel point vous devez appliquer du carburant et une étincelle au premier cylindre. Les cycles dans les cylindres restants se produisent alternativement selon la conception du moteur.

Le capteur d'arbre à cames se compose d'un aimant et d'un semi-conducteur. Il y a un point de référence (petite dent métallique) sur l'arbre de distribution dans la zone où le capteur est installé. Pendant la rotation, cet élément passe par le capteur, ce qui provoque la fermeture du champ magnétique et une impulsion générée qui va à l'ordinateur.

L'unité de commande électronique capture la vitesse des impulsions. Selon eux, il est guidé dans le premier cylindre pour alimenter et enflammer le mélange carburant. Dans le cas de l'installation de deux arbres (un par course d'admission, et l'autre - d'échappement), sera installé sur le capteur sur chacun d'eux.

Que se passe-t-il si le capteur tombe en panne? Cette vidéo est dédiée à ce problème:

CAPTEUR DE PHASE POURQUOI IL A BESOIN DE SIGNES DE SON DÉFAUT DPRV

Si le moteur est équipé d'un système de calage variable des soupapes, l'ordinateur détermine la fréquence d'impulsion d'ouverture / fermeture de la soupape, en fonction de la fréquence d'impulsion. Dans ce cas, le moteur sera équipé d'un dispositif supplémentaire - un déphaseur (ou embrayage hydraulique), qui fait tourner l'arbre à cames pour modifier le temps d'ouverture. Si le capteur à effet Hall (ou arbre à cames) est défectueux, le calage des soupapes ne changera pas.

Le principe de fonctionnement du DPRV dans les moteurs diesel diffère de celui utilisé dans les analogues à essence. Dans ce cas, il fixe la position de tous les pistons au point mort haut au moment de la compression du mélange carburant. Cela vous permet de déterminer plus précisément la position de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin, ce qui stabilise le fonctionnement du moteur diesel et facilite son lancement.

Des capteurs supplémentaires ont été ajoutés à la conception de tels capteurs, dont la position sur le disque maître correspond à la pente d'une soupape particulière dans un cylindre séparé. Le dispositif de ces éléments peut différer en fonction des développements propriétaires de différents fabricants.

Types de placement d'arbre à cames dans le moteur

Selon le type de moteur, il peut contenir un, deux, voire quatre arbres d'un mécanisme de distribution de gaz. Pour faciliter la détermination du type de calage, les marquages ​​suivants sont appliqués sur le couvre-culasse:

• SOHC. Ce sera un moteur en ligne ou en V avec deux ou trois soupapes par cylindre. Dans ce document, l'arbre à cames sera un sur une rangée. Sur son noyau, il y a des cames qui contrôlent la phase d'admission, et légèrement déplacées - responsables de la phase d'échappement. Dans le cas des moteurs en forme de V, il y aura deux arbres de ce type (un par rangée de cylindres) ou un (placé dans le carrossage entre les rangées).

• DOHC. Ce système se distingue du précédent par la présence de deux arbres à cames sur une même rangée de cylindres. Dans ce cas, chacun sera responsable d'une phase distincte: une pour l'entrée et l'autre pour la sortie. Il y en aura deux sur les moteurs à arbre à une rangée et quatre sur ceux en forme de V. Cette technologie vous permet de réduire la charge sur l'arbre, ce qui augmente sa ressource.

Les mécanismes de distribution de gaz diffèrent également par l'emplacement des puits:

• Latéral (ou inférieur) (moteur OHV ou « Pusher »). Il s'agit d'une technologie ancienne qui était utilisée dans les moteurs à carburateur. Parmi les avantages de ce type figure la facilité de lubrification des éléments mobiles (situés directement dans le carter). Le principal inconvénient est la complexité de la maintenance et du remplacement. Dans ce cas, les cames appuient sur les poussoirs à bascule et transmettent le mouvement à la soupape elle-même. De telles modifications de moteurs sont inefficaces à des vitesses élevées, car elles contiennent un grand nombre de commandes de synchronisation d'ouverture des soupapes. En raison de l'inertie accrue, la précision du calage des soupapes en souffre.

• Supérieur (OHC). Cette conception de synchronisation est utilisée dans les moteurs modernes. Cette unité est plus facile à entretenir et à réparer. L'un des inconvénients est le système de lubrification complexe. La pompe à huile doit créer une pression stable, il est donc nécessaire de surveiller étroitement les intervalles de remplacement de l'huile et du filtre (sur quoi se concentrer lors de la détermination du calendrier d'un tel travail est décrit ici) Un tel dispositif permet d'utiliser moins de pièces supplémentaires. Dans ce cas, les cames agissent directement sur les suiveurs de soupape.

Comment détecter un défaut d'arbre à cames

La principale raison de la défaillance de l'arbre à cames est la famine d'huile. Cela peut se produire en raison d'une mauvaise état du filtre ou une huile inappropriée pour ce moteur (par quels paramètres le lubrifiant est-il sélectionné, lisez article séparé) Si vous respectez les intervalles d'entretien, l'arbre de distribution durera autant que l'ensemble du moteur.

Problèmes d'arbre à cames courants

En raison de l'usure naturelle des pièces et de la surveillance de l'automobiliste, le dysfonctionnement suivant de l'arbre à cames peut se produire.

• Défaillance des pièces fixées - engrenage d'entraînement, courroie ou chaîne de distribution. Dans ce cas, l'arbre devient inutilisable et doit être remplacé.
• Éraflures sur les journaux de support et entraînement sur les cames. Des éclats et des rainures apparaissent en raison de charges excessives, par exemple, en raison d'un mauvais réglage de la vanne. Pendant la rotation, l'augmentation de la force de friction entre les cames et les poussoirs crée un échauffement supplémentaire de l'ensemble, détruisant le film d'huile.

• Fuite de joint d'huile. Cela se produit à la suite d'un arrêt prolongé du moteur. Au fil du temps, le joint en caoutchouc perd son élasticité.
• Déformation de l'arbre. En raison de la surchauffe du moteur, l'élément métallique peut se plier sous une charge élevée. Un tel dysfonctionnement est détecté par l'apparition de vibrations supplémentaires dans le moteur. En règle générale, ce problème ne dure pas longtemps - en raison de fortes secousses, les pièces adjacentes tomberont rapidement en panne et le moteur devra être envoyé pour révision.
• Installation incorrecte. Ce n'est pas en soi un dysfonctionnement, mais en raison du non-respect des normes de serrage des vis et de réglage des phases, le moteur à combustion interne deviendra rapidement inutilisable, et devra être "capitalisé".
• La qualité du matériau peut endommager l'arbre lui-même.Par conséquent, lors du choix d'un nouvel arbre à cames, il est important de faire attention non seulement à son prix, mais également à la réputation du fabricant.

Comment déterminer visuellement l'usure de la came - montré dans la vidéo:

Usure des arbres à cames - comment identifier visuellement?

Certains automobilistes tentent d'éliminer certains dysfonctionnements de l'arbre de distribution en polissant les zones endommagées ou en installant des chemises supplémentaires. Dans de tels travaux de réparation, cela ne sert à rien, car lorsqu'ils sont effectués, il est impossible d'obtenir la précision nécessaire au bon fonctionnement de l'unité. En cas de problème avec l'arbre à cames, les experts recommandent de le remplacer immédiatement par un neuf.

Comment choisir un arbre à cames

Le nouvel arbre à cames doit être sélectionné en fonction de la raison du remplacement:

• Remplacement d'une pièce endommagée par une nouvelle. Dans ce cas, au lieu d'un modèle défaillant, un modèle similaire est sélectionné.
• Modernisation du moteur. Pour les voitures de sport, des arbres à cames spéciaux sont utilisés en conjonction avec un système de calage variable des soupapes. Les moteurs pour la conduite quotidienne sont également mis à niveau, par exemple en augmentant la puissance en ajustant les phases en installant des arbres à cames non standard. S'il n'y a pas d'expérience dans l'exécution d'un tel travail, il est préférable de le confier à des professionnels.

Sur quoi dois-je me concentrer lors du choix d'un arbre à cames personnalisé pour un moteur spécifique? Le paramètre principal est le cambre, la levée de soupape maximale et l'angle de chevauchement.

Pour voir comment ces indicateurs affectent les performances du moteur, consultez la vidéo suivante:

Comment choisir un arbre à cames (partie 1)

Le coût d'un nouvel arbre à cames

Par rapport à la révision de l'ensemble du moteur, le coût de remplacement de l'arbre à cames est négligeable. Par exemple, un nouvel arbre pour une voiture domestique coûte environ 25 $. Pour le réglage du calage des soupapes dans certains ateliers, il faudra 70 cu Pour les réparations majeures du moteur, ainsi que les pièces de rechange, vous devrez payer environ 250 $ (et c'est dans les stations-service du garage).

Comme vous pouvez le voir, il est préférable d'effectuer la maintenance à temps et de ne pas exposer le moteur à des charges excessives. Il servira ensuite son maître pendant de nombreuses années.

Quelles marques donner la préférence

La ressource de travail de l'arbre à cames dépend directement de la qualité du matériau utilisé par le fabricant lors de la création de cette pièce. Le métal mou s'usera davantage et le métal surchauffé peut éclater.

La plus haute qualité et l'option la plus fiable est la société OEM. Il s'agit d'un fabricant de divers équipements d'origine, dont les produits peuvent être vendus sous différentes marques, mais la documentation indiquera que la pièce est OEM.

Parmi les produits de ce fabricant, vous pouvez trouver une pièce pour n'importe quelle voiture. Certes, le coût d'un tel arbre à cames sera très cher par rapport aux analogues de marques spécifiques.

Si vous devez rester sur un arbre à cames moins cher, une bonne option est:

• Marque allemande Ruville;
• Le fabricant tchèque ET Engineteam;
• Marque britannique AE;
• Entreprise espagnole Ajusa.

L'inconvénient lors du choix d'un arbre à cames parmi les fabricants répertoriés est que, dans de nombreux cas, ils ne créent pas de pièces pour un modèle spécifique. Dans ce cas, vous devrez soit acheter l'original, soit contacter un tourneur de confiance.

Questions et réponses

Comment fonctionnent le vilebrequin et l'arbre à cames ? Le vilebrequin fonctionne en poussant le piston dans les cylindres. Un arbre à cames de distribution y est relié par une courroie. Pour deux tours de vilebrequin, une rotation d'arbre à cames se produit.

Quelle est la différence entre un vilebrequin et un arbre à cames ? Le vilebrequin, en rotation, entraîne le volant moteur en rotation (puis le couple va à la transmission et aux roues motrices). L'arbre à cames ouvre/ferme la soupape de distribution.

Quels sont les types d'arbres à cames ? Il existe des arbres à cames de base, d'équitation, de réglage et de sport. Ils diffèrent par le nombre et la forme des cames qui entraînent les soupapes.