Guide rapide de l'arbre à cames

Pour qu'un moteur à combustion fonctionne correctement, l'arbre à cames est l'un des composants essentiels. L'arbre à cames et le vilebrequin doivent fonctionner de manière synchronisée afin d'assurer le contrôle mécanique adéquat des systèmes d'allumage. En raison de son rôle vital, l'usinage d'un arbre à cames est toujours un travail de haute précision.

Mais savez-vous précisément ce qu'est un arbre à cames ? Et à quoi sert un arbre à cames ? Existe-t-il différents types d'arbres à cames ?

Nous avons rédigé un guide rapide de l'arbre à cames pour vous apporter toutes les réponses dont vous avez besoin. Commençons.

Qu'est-ce qu'un arbre à cames ?

L'arbre à cames d'un moteur à combustion est la pièce de la distribution qui régule l'admission de carburant ainsi que l'évacuation des gaz ou des fumées d'échappement. Un arbre à cames est généralement situé en haut du moteur (au-dessus du cylindre). L'arbre à cames est relié au vilebrequin par une courroie et une chaîne.

L'une des fonctions les plus élémentaires et principales d'un arbre à cames est d'actionner l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement.

Un arbre à cames est fabriqué à partir de différents types de métaux et se présente sous la forme d'un arbre cylindrique ou d'une tige dotée de cames en forme d'œuf qui tournent pour produire de la puissance. Dans une large mesure, les arbres à cames influencent les performances de votre moteur lorsque vous accélérez.

Quelle est la fonction d'un arbre à cames ?

L'arbre à cames est un composant utilisé dans les moteurs à combustion interne. La fonction principale de l'arbre à cames est d'ouvrir et de fermer les soupapes du moteur à l'aide de ses nombreuses cames (lobes en forme d'œuf).

Un arbre à cames a plusieurs applications et usages : dans les moteurs à combustion interne, les systèmes d'allumage à commande mécanique et, plus tôt, comme régulateurs de vitesse des moteurs.

De plus, les arbres à cames sont composés de quatre parties différentes : les lobes de came, les tourillons principaux, les extrémités et les paliers de came. Chacune de ces parties est essentielle à la fabrication d'un arbre à cames offrant un couple maximal exceptionnel.

Types d'entraînement d'arbre à cames

De manière générale, il existe trois types d'entraînement d'arbre à cames : l'arbre à cames simple en tête (SOHC), l'arbre à cames double en tête (DOHC) et le culbuteur ou soupape en tête (OHV). Examinons chacun d'eux.

Arbre à cames simple en tête (SOHC)

Le moteur à arbre à cames simple en tête possède un arbre à cames par culasse (rangée de cylindres). C'est la conception la plus ancienne des moteurs à arbre à cames en tête. La majorité des moteurs SOHC comportent deux soupapes par cylindre.

Le vilebrequin est la pièce qui entraîne le SOHC via la chaîne de distribution reliée. Cette chaîne ou courroie doit être alignée et contrôlée régulièrement. Une courroie de distribution endommagée ou mal alignée pourrait casser et provoquer de graves problèmes.

Arbre à cames double en tête (DOHC)

Comme son nom l'indique, les moteurs DOHC possèdent deux arbres à cames par rangée. Les arbres à cames doubles en tête sont également appelés moteurs à double arbre à cames. Les moteurs comportant plus de quatre soupapes par cylindre utilisent généralement des arbres à cames doubles en tête.

L'utilisation d'un arbre double plutôt que simple en tête permet d'obtenir une puissance moteur supérieure. La logique est simple : avec le DOHC, vous pouvez utiliser davantage de soupapes d'admission et d'échappement, ce qui signifie des ouvertures plus grandes pour l'écoulement des gaz. Au début des années 2000, la majorité des voitures utilisaient déjà des moteurs DOHC.

Arbres à cames à soupapes en tête (OHV)

Les arbres à cames des moteurs OHV sont également appelés moteurs à culbuteurs. Comme les DOHC et SOHC, le moteur OHV comporte également des soupapes au-dessus du cylindre, dans la culasse du moteur. Mais contrairement aux DOHC et SOHC, où l'arbre à cames se trouve dans la culasse, le moteur OHV possède un arbre à cames à l'intérieur du bloc moteur.

Dans les moteurs à culbuteurs, l'arbre à cames est entraîné par une chaîne à entraînement par engrenages. Grâce à ces entraînements par engrenages, les moteurs à culbuteurs sont moins sujets aux ruptures. Cependant, leur potentiel de vitesse est limité.

Comment fonctionne un arbre à cames dans un moteur ?

Un arbre à cames est situé à l'extrémité supérieure du moteur, au-dessus du cylindre. Généralement, l'arbre à cames est relié au vilebrequin situé en bas à l'aide d'une courroie de distribution. Pour contrôler correctement la combustion, le fabricant doit synchroniser les pignons de l'arbre à cames et du vilebrequin. Cette procédure est appelée calage de la distribution.

Actionné par le vilebrequin, l'arbre à cames cylindrique commence à tourner, et les lobes de came répartis sur toute sa longueur commencent à appuyer sur les leviers, qui ouvrent les soupapes du moteur.

Qu'est-ce qui tourne le plus vite : l'arbre à cames ou le vilebrequin ?

Pour expliquer la vitesse de l'arbre à cames et du vilebrequin et leur fonctionnement conjoint, il faut d'abord décrire le cycle de combustion. Un cycle typique comporte quatre phases : admission, compression, combustion et échappement. Pour que ce cycle de combustion en quatre phases se produise, l'arbre à cames et le vilebrequin, reliés par une chaîne de distribution, se mettent à fonctionner ensemble.

Au cours d'un cycle de combustion, le vilebrequin effectue deux tours complets tandis que l'arbre à cames n'en effectue qu'un. Cela signifie que le vilebrequin tourne plus vite, à une vitesse double. Par rapport au piston, chaque soupape s'ouvre une fois pour deux tours de vilebrequin.

En quel matériau est fabriqué un arbre à cames ?

En raison des exigences de stabilité, de durabilité et de résistance à la température, les arbres à cames sont généralement fabriqués dans certains types de métaux. Le plus souvent, les fabricants utilisent deux types de matériaux pour produire des arbres à cames : la fonte et l'acier forgé.

Fonte

Matériau de fabrication d'arbres à cames parmi les plus courants, la fonte est généralement le premier choix pour les commandes en grande série.

La fonte est couramment utilisée pour les arbres à cames en raison de sa durabilité et de sa résistance à l'usure. Les arbres à cames en fonte sont fabriqués selon un procédé de trempe en coquille qui leur confère la dureté nécessaire. Habituellement, les fabricants mélangent d'autres éléments avant de couler la fonte, ce qui leur permet d'obtenir les caractéristiques requises selon l'application de l'arbre à cames.

Acier forgé

Également appelé acier billette, l'acier forgé permet d'obtenir des arbres à cames de qualité supérieure, mais convient généralement mieux à la fabrication en petite série. Toutefois, en raison de leur qualité supérieure, les arbres à cames en acier forgé sont souvent plus adaptés à des applications spécifiques.

Pour produire des arbres à cames en acier forgé, les fabricants recourent au forgeage ou à l'usinage sur une fraiseuse. Généralement, ils utilisent différentes barres d'acier pour produire les arbres à cames. Lorsqu'ils utilisent un acier tel que l'EN40b, l'arbre à cames doit également subir un traitement thermique.

Quelles sont les causes des problèmes d'arbre à cames ?

Composant essentiel du moteur, l'arbre à cames doit toujours être en parfait état. Bien sûr, vous pouvez utiliser un moteur dont l'arbre à cames est endommagé, mais cela peut entraîner un problème plus important. Voici plusieurs problèmes courants d'arbre à cames :

Usure des cames

L'un des problèmes les plus fréquents nécessitant la réparation ou le remplacement de l'arbre à cames est l'usure des cames. Composants mobiles, les cames entrent fréquemment en contact avec des débris, de la saleté et une lubrification inadéquate. Avec le temps, elles peuvent donc s'endommager et devoir être remplacées.

Capteur d'arbre à cames défectueux

La deuxième cause de problèmes d'arbre à cames est un capteur d'arbre à cames défectueux. Le rôle du capteur d'arbre à cames est de surveiller la synchronisation de la rotation de l'arbre à cames et du vilebrequin. D'après les informations de ce capteur, nous pilotons les systèmes d'allumage et d'injection de carburant. Il va sans dire que si ce capteur est défectueux, le véhicule peut présenter divers problèmes de performance ou d'allumage.

Courroie de distribution désynchronisée

Enfin, la troisième cause, et la plus grave, de problèmes d'arbre à cames est un mouvement déséquilibré de l'arbre à cames et du vilebrequin, généralement dû à une courroie de distribution défectueuse.

Une courroie de distribution endommagée ou désynchronisée peut être préjudiciable à l'arbre à cames et à l'ensemble du moteur. Par exemple, elle peut endommager les pistons, les soupapes, les cames, les culbuteurs, voire casser tout l'arbre à cames.

Que remplacer lors du changement d'un arbre à cames ?

Si vous devez changer l'arbre à cames de votre moteur, plusieurs autres pièces méritent d'être remplacées à la même occasion.

Par exemple, vérifiez et remplacez si nécessaire les composants suivants : ressorts de soupapes, joints de soupapes, chaîne ou pignons de distribution, joint de distributeur, joint de collecteur, amortisseur de vibration, boulons de came, joint de carburateur, joint de pompe à eau, joint de thermostat, joint de pompe à carburant, boulon de vilebrequin, joint de carter d'huile, goupilles cylindriques, etc.

Outre les composants ci-dessus, nous vous recommandons de vidanger l'huile et de faire effectuer une révision complète du moteur.

Combien coûte un arbre à cames ?

Le remplacement d'un arbre à cames est une intervention coûteuse. Bien entendu, le coût du remplacement ou de la réparation d'un arbre à cames dépend du type d'arbre à cames et des dommages causés.

Par exemple, si vous ne remplacez que le capteur d'arbre à cames, cela peut vous coûter entre 150 $ et 250 $. En revanche, si vous remplacez l'arbre à cames complet, la main-d'œuvre et les matériaux peuvent vous coûter entre 1500 $ et 3000 $.

Les arbres à cames sont conçus pour durer aussi longtemps que le moteur, ils ne devraient donc pas causer de problèmes à court terme. Toutefois, si vous remarquez des signes de dommage sur l'arbre à cames, comme des difficultés à accélérer, un voyant « check engine » clignotant ou une consommation de carburant accrue, un remplacement de l'arbre à cames s'impose.

Proposez-vous des arbres à cames sur mesure ?

Oui ! Par le passé, les procédés de fabrication des arbres à cames n'étaient pas aussi avancés, si bien qu'une fabrication de haute qualité était réservée aux commandes en petite série et coûteuses. Aujourd'hui, nos technologies d'usinage et de fraisage de pointe nous permettent de proposer des arbres à cames sur mesure sans quantité minimale.

Si vous avez besoin d'un type particulier d'arbre à cames, n'hésitez pas à nous contacter. Notre qualité et nos services d'usinage CNC sur demande nous permettent de vous offrir une équipe de fabrication dédiée et de produire des arbres à cames sur mesure, quelle que soit la quantité.

Conclusion

En résumé, nous espérons sincèrement que notre guide sur les arbres à cames et leur fonction vous a été utile et a répondu à toutes vos questions sur le sujet. Sachant que l'arbre à cames est un élément essentiel des moteurs à combustion interne, l'importance de sa fabrication précise et de sa durabilité devient évidente.

Si vous avez besoin d'aide pour concevoir votre arbre à cames sur mesure, contactez-nous, et nous créerons votre prototype d'arbre à cames. Quel que soit le type d'arbre à cames concerné, le principe reste le même : la qualité et la sécurité avant tout ! Nous espérons que ce guide complet sur l'arbre à cames et sa fonction vous a beaucoup appris.