Le guide du débutant sur le vilebrequin et l'arbre à cames

La plupart des gens sont désemparés dès qu'il s'agit d'automobile. La simple mention de vidanges, de boîtes de vitesses, de géométrie de train roulant, de vilebrequin et d'arbre à cames les plonge dans une panique totale. Pourtant, la plupart de ces notions sont des concepts de base qui reposent sur des principes simples. Examinons donc les vilebrequins et les arbres à cames, leurs usages et leurs différents types.

Qu'est-ce qu'un vilebrequin ?

Le vilebrequin est un composant robuste du moteur à combustion interne (ICE) que l'on trouve dans différents types de véhicules motorisés, comme les tracteurs modernes, les voitures, etc. Un vilebrequin est essentiellement une tige métallique dotée de plusieurs appendices qui tournent rapidement (environ 14 000 tr/min) et qui est indispensable pour transmettre la puissance du moteur aux roues.

À quoi sert un vilebrequin ?

En termes plus techniques, la fonction principale du vilebrequin est de convertir le mouvement linéaire des pistons en un mouvement de rotation transmis au volant moteur et à la transmission. Le vilebrequin transmet également la puissance à d'autres composants essentiels du moteur, tels que la pompe à huile, la pompe de refroidissement, la distribution, le compresseur de climatisation et l'alternateur.

Le vilebrequin est donc en mouvement constant et doit être fabriqué dans un matériau durable, très résistant à l'usure, à la fatigue et à la chaleur. Les matériaux les plus couramment utilisés sont l'acier forgé ou la fonte.

Quels sont les différents types de vilebrequins ?

Les bielles et leur mode de liaison varient selon la conception du vilebrequin. Les vilebrequins se classent globalement en deux types :

Le vilebrequin monolithique

Ce type est couramment utilisé dans les moteurs multicylindres, le plus souvent le moteur à quatre temps que l'on trouve dans la plupart des automobiles.

Le vilebrequin assemblé

Ce type est couramment utilisé dans les moteurs monocylindres, bicylindres, à quatre temps et à deux temps.

En raison de la grande résistance de la fonte, celle-ci est généralement utilisée pour la construction de véhicules produits en grande série et à faible charge. Pour les moteurs économes en carburant qui exigent un rapport puissance/cylindrée plus élevé, les vilebrequins en acier forgé sont préférés.

Quels sont les composants d'un vilebrequin ?

Le vilebrequin est conçu avec un cœur résistant et des surfaces solides afin de supporter l'usure due à son mouvement rotatif constant. Ses principaux composants sont :

• Tourillons principaux : ils tournent dans le palier et déterminent l'axe de rotation de l'arbre.
• Manetons : les manetons sont reliés aux bielles.
• Bras de manivelle : les bras de manivelle relient les manetons au tourillon principal.
• Volant moteur/transfert de force : le volant moteur contribue à lisser le couple du moteur et à le réduire
• Conduit d'huile : il s'agit d'une ouverture traversant l'arbre. L'huile circule dans le conduit d'huile lorsque le moteur est en marche et assure la lubrification des pièces mobiles.
• Contrepoids : comme leur nom l'indique, ils équilibrent le poids du vilebrequin en réduisant la charge sur le palier principal. Ils sont fixés soit directement sur le vilebrequin, soit reliés à celui-ci par la manivelle

Qu'est-ce qu'un arbre à cames ?

Un arbre à cames est un composant très important du moteur à combustion interne. Il détermine (dans une large mesure) le comportement de votre moteur à différents régimes. Il a la forme d'une tige dotée de lobes appelés cames répartis sur sa longueur.

À quoi sert-il ?

La fonction principale de l'arbre à cames est de commander l'ouverture et la fermeture des soupapes d'échappement et d'admission. Il veille à ce que la soupape d'admission s'ouvre au bon moment pour alimenter le moteur en mélange air-carburant. C'est essentiel pour transformer le mouvement rotatif en mouvement alternatif. Améliorer le fonctionnement de l'arbre à cames peut accroître le rendement, le couple maximal, la puissance et les performances globales.

L'arbre à cames comporte essentiellement deux parties : les cames et l'arbre, qui synchronisent tous deux l'ouverture ou la fermeture des soupapes avec le pignon du vilebrequin. Les automobiles utilisent des arbres à cames en acier forgé ou en fonte.

Quels sont les différents types d'arbres à cames ?

Il existe généralement deux types d'arbres à cames selon le type de « poussoir » utilisé.

Les arbres à cames à poussoirs plats

Cet arbre à cames se situe là où le poussoir et la came frottent l'un contre l'autre, à l'endroit où le poussoir tournoie sur la came. Ce mouvement de rotation est essentiel pour prévenir l'usure des pièces en mouvement permanent de l'arbre à cames. L'arbre à cames à poussoirs plats fonctionne avec des poussoirs plats hydrauliques et mécaniques (également appelés suiveurs et poussoirs).

Arbres à cames à galets

Comme son nom l'indique, le nez est arrondi afin que le galet maintienne la soupape ouverte à une levée plus élevée pendant une durée prolongée. Ce réglage influe sur la demande de charge air-carburant et ouvre la soupape plus rapidement. Comme pour les poussoirs plats, l'arbre à cames à galets fonctionne avec des poussoirs à galets hydrauliques et mécaniques.

Quels sont les différents composants d'un arbre à cames ?

• Les tourillons : ils maintiennent l'arbre à cames en place afin qu'il ne dévie pas lorsque l'arbre tourne à très grande vitesse.
• Les cames : elles régulent l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement pendant la rotation de l'arbre à cames. La vitesse d'ouverture et de fermeture des soupapes influe sur les performances du moteur. Elles modifient leur vitesse en fonction du régime moteur.
• Les extrémités : l'extrémité avant de l'arbre à cames synchronise le mouvement du moteur avec le vilebrequin, l'extrémité arrière maintient l'allumage synchronisé avec le reste du moteur à combustion interne.
• Les paliers d'arbre à cames : ce sont des ajouts destinés à améliorer les performances des arbres à cames. Le palier isole l'arbre à cames afin qu'il ne soit pas affecté en cas de dysfonctionnement du moteur.

Quelles sont les différences entre un vilebrequin et un arbre à cames ?

Outre leur fonction, il existe plusieurs différences clés entre un arbre à cames et un vilebrequin. Examinons quelques différences essentielles :

Emplacement

Le vilebrequin se situe sous le cylindre, tandis que l'arbre à cames se situe au-dessus du cylindre.

Mode de fonctionnement

Le vilebrequin convertit le mouvement linéaire du piston en mouvement circulaire, tandis que l'arbre à cames sert à synchroniser l'ouverture et la fermeture correctes des soupapes d'admission et d'échappement.

Fabrication

Les vilebrequins sont généralement fabriqués à partir d'acier allié forgé, tandis que les arbres à cames sont généralement fabriqués en acier forgé ou en fonte.

L'essentiel

Le vilebrequin et l'arbre à cames sont tous deux des pièces essentielles du moteur à combustion interne et comportent différentes pièces qui s'articulent de manières différentes pour garantir le bon fonctionnement de l'arbre. Alors que le vilebrequin est conçu pour transformer un mouvement linéaire en mouvement circulaire, l'arbre à cames régule l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement. L'énergie de l'arbre à cames est transmise au vilebrequin pour assurer son fonctionnement.

FAQ

Qu'est-ce que le vilebrequin et l'arbre à cames ont en commun ?

Ce sont tous deux des arbres, bien que conçus différemment et reliés à différentes parties du moteur. Le mouvement de l'arbre à cames est entraîné par le vilebrequin au moyen d'une chaîne ou d'engrenages situés à son extrémité avant. Le vilebrequin utilise l'énergie générée par la fermeture et l'ouverture des soupapes lors du processus de combustion pour entraîner le moteur.

Quels sont les signes d'un vilebrequin défaillant ?

Plusieurs signes importants indiquent un vilebrequin défectueux. Ils comprennent des voyants clignotants, un moteur qui cale, des ratés d'allumage, une accélération irrégulière, une consommation de carburant accrue et un moteur qui vibre fortement.

Quelle est la fonction principale de l'arbre à cames ?

Réguler et synchroniser la fermeture et l'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement.

Lequel tourne le plus vite, le vilebrequin ou l'arbre à cames ?

Le vilebrequin tourne deux fois plus vite que l'arbre à cames. En effet, un seul tour de l'arbre à cames suffit à réaliser le cycle de fonctionnement des soupapes pour un cycle complet du moteur, tandis que le moteur à quatre temps (vilebrequin) doit effectuer deux tours pour accomplir un cycle.

Quelle est la fonction principale d'un vilebrequin ?

C'est la pièce la plus essentielle du moteur à combustion interne : il transforme le mouvement linéaire en mouvement rotatif.