L'arbre à cames est essentiel au fonctionnement de base d'un moteur. Constitué de deux parties distinctes, les cames et l'arbre, l'arbre à cames est l'élément qui permet l'ouverture des soupapes. Lorsque l'arbre tourne, les cames en forme d'œuf (ou «lobes») poussent les soupapes ouvertes en synchronisation avec l'engrenage du vilebrequin.
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 banque, généralement montée entre les tiges de soupape. Les culbuteurs transmettent le mouvement SOHC aux soupapes. Les moteurs à double OHC (DOHC) ont deux cames par banc, généralement directement sur les tiges de soupape, une pour les soupapes d'admission et une pour les soupapes d'échappement. La force est transmise directement à la vanne. Un moteur i4 (quatre cylindres) SOHC a un arbre à cames, tandis qu'un moteur V6 ou V8 SOHC en a deux. Un moteur i4 DOHC a deux arbres à cames, tandis qu'un moteur V6 ou V8 DOHC 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 "tige de poussée" ont un seul arbre à cames dans le bloc-cylindres. De longs poussoirs métalliques transmettent le mouvement de l'arbre à cames aux culbuteurs, qui transmettent ce mouvement aux soupapes. Les moteurs à 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 grossièrement formée. Certains arbres à cames de performance et personnalisés peuvent être fraisés à partir d'un bloc d'acier massif.
Lorsque l'arbre à cames tourne, les lobes de came se déplacent de haut en bas. Dans les moteurs DACT, chaque rotation fait qu'un seul lobe de came pousse la soupape vers le bas, l'ouvrant dans le cylindre. De même, dans les moteurs SOHC et poussoirs, le lobe de came pousse sur les culbuteurs (ou les poussoirs puis culbuteurs), ouverture de la soupape. Au fur et à mesure que le lobe de came continue de tourner, le ressort de soupape force la soupape à remonter, la fermant.
L'arbre à cames est généralement relié au vilebrequin à l'aide d'une chaîne de distribution ou d'une courroie de distribution. Dans certains moteurs à poussoir, des engrenages de distribution 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 temps distincts :admission, compression, puissance et échappement.
Les arbres à cames courants sont conçus pour correspondre aux caractéristiques de fonctionnement typiques et peuvent accentuer l'efficacité de la croisière sur autoroute ou la puissance à bas régime. De même, la « levée » de la soupape fait référence à la hauteur du lobe par rapport au centre de l'arbre, qui détermine la distance d'ouverture de la soupape. Sur les arbres à cames fixes, ce n'est pas réglable, mais il y a des circonstances dans lesquelles le moteur pourrait "respirer" mieux si seulement les soupapes pouvaient s'ouvrir un peu plus. De plus, un arbre à cames fixe peut ouvrir la soupape d'admission 10 ° avant le PMH (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 5 ° ATDC. C'est ce qu'on appelle la durée d'ouverture de la vanne. Cela fonctionne bien en moyenne mais n'excelle dans aucune situation de conduite.
Le timing est important. Les vannes doivent s'ouvrir et se fermer à des intervalles spécifiques en fonction de la position de la bouteille. Par exemple, lorsque le cylindre n ° 1 arrive au point mort haut (PMH) sur 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 d'un calage variable des soupapes (VVT) utilisent des actionneurs hydrauliques pour avancer ou retarder calage des soupapes par rapport à l'angle du vilebrequin. Le VVT permet une efficacité à grande vitesse ou une puissance à basse vitesse.
À l'aide d'arbres à cames spécialisés à levée variable des soupapes (VVL) et de solénoïdes ou d'actionneurs hydrauliques contrôlés par ordinateur, l'ECM peut choisir entre deux levée de soupape options, en fonction de la demande du conducteur.
Sur les véhicules à injection directe de carburant, certains moteurs diesel et la plupart des moteurs à injection directe d'essence, la pompe à carburant haute pression (HPFP) est entraîné par un lobe sur l'un des arbres 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 casse. 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.
Ces trois problèmes sont causés par un manque d'entretien approprié du moteur. Prévenez les problèmes d'arbre à cames en effectuant des vidanges d'huile moteur régulières avec une huile de qualité, en respectant les recommandations du fabricant concernant l'intervalle de vidange d'huile, le type d'huile et la viscosité de l'huile, et en évitant la surchauffe du moteur.
