Après avoir abordé le sujet du calage du vilebrequin, voici la suite sur le concept du moteur à combustion interne à quatre courses (4T). Une autre facette où l'on discute de calage, celle des arbres à cames.
Peu importe qu'on soit en présence d'un moteur monocylindre ou multicylindre, on y trouve une distribution à simple ou à double arbre à cames en tête. Le choix proposé par le fabricant ira en fonction de l'orientation de la recherche du couple, en passant par la performance et, possiblement, la sonorité recherchée pour répondre au choix du consommateur. Donc, vous pouvez imaginer que ce n'est pas si simple de réussir tout cela en même temps.
Parlons avant tout du rôle de l'arbre à cames. Sa fonction consiste à ouvrir les soupapes d'admission à un moment précis pour faire entrer le mélange air-essence à l'intérieur de la chambre de combustion et à ouvrir les soupapes d'échappement pour permettre d'évacuer, une fois la combustion complétée, les gaz d'échappement. L'arbre à cames doit donc être calé avec une extrême précision pour que l'ouverture des soupapes débute parfaitement.
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Dans l'ordre, la séquence d'ouverture commence par la soupape d'admission qui, sous l'effet du déplacement du piston vers le point mort haut provoque une dépression (vacuum) dans la tubulure d'admission. L'ouverture a lieu, quelques degrés avant le point mort haut du piston et se termine plusieurs degrés après avoir franchi le point mort bas. À titre d'exemple, dans la mécanique de la Honda CBR 600, la soupape s'ouvre à 38 degrés et se ferme à 37 degrés. On ajoute 180 degrés pour la durée du demi-tour de vilebrequin. En additionnant tous ces degrés, on obtient la durée totale d'ouverture de 255 degrés.
Pour l'arbre à cames d'échappement, son ouverture se fera une fois la combustion complétée, soit avant le point mort bas du piston. Pendant la combustion, il faut considérer le fait que les deux soupapes sont complètement fermées afin d'assurer une parfaite étanchéité de la chambre de combustion. L'ouverture de la soupape d'échappement se fait donc un peu avant le point mort bas, et la fermeture, après le point mort haut. La même mécanique de Honda CBR 600 affiche donc une ouverture de 72 degrés, plus 180 degrés du demi-tour de vilebrequin et 68 degrés de fermeture, après avoir franchi le point mort haut.
Au moment où cette soupape d'échappement est en mode fermeture, la soupape d'admission est déjà ouverte. C'est ce qu'on appelle le chevauchement, un moment très important pour le coefficient d'efficacité de remplissage du moteur. Le rendement du moteur est déterminé en partie par cette phase.
En plus de déterminer la levée de la soupape, la forme et la hauteur de la came auront une incidence sur la performance. Un arbre à cames bien conçu sera légèrement ventru, ayant une attaque de la came qui provoquera plus d'accélération et, par la suite, une faible accélération négative. La soupape restera ouverte plus longtemps grâce à une levée importante. Cela favorisera le remplissage et conférera au moteur une meilleure performance. Dans le cas où l'arbre a des cames plus pointues, c'est-à-dire avec un bossage de came plus ventru et arrondi, on aura plus de puissance à haut régime.
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