Arbre à cames en tête
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Dans un moteur à soupapes en tête, il est d'usage de transmettre la commande d'ouverture des soupapes par un mouvement rotatif prélevé sur le vilebrequin et transmis à un arbre à cames.
Pour éviter l'affolement de soupapes à de hauts régimes (environ 4000 t/mn et plus), il convient de réduire au minimum les pièces soumises à un mouvement alternatif, comme les poussoirs, les tiges de culbuteurs et les culbuteurs eux-mèmes. La suppression de ces pièces éliminant d'autant les jeux mécaniques parasites, la précision de commande des soupapes s'en trouvera améliorée. Pour cela, on place le ou les arbre(s) à cames directement au-dessus des soupapes.
La transmission de la rotation du vilebrequin vers l'arbre à cames se fait par une chaîne, une courroie crantée, une cascade de pignons, une bielle ou un arbre avec couples coniques. Il faut simplement maintenir une stricte synchronisation avec un rapport de 2 tours de vilebrequin pour 1 tour d'arbre à cames.
Lorsqu'on a plusieurs rangées de soupapes, on peut utiliser un arbre à cames par rangée de soupapes (double arbre à cames en tête), ou un seul arbre à cames, actionnant les diverses soupapes par l'intermédiaire de petits culbuteurs.
Lorsqu'on n'a qu'une seule rangée de soupapes, un simple arbre à cames suffit à actionner toutes les soupapes sans avoir besoin de culbuteurs ni d'un deuxième arbre.
Longtemps, les industriels ont boudé l'arbre à cames en tête pour les automobiles de grande série, à cause des coûts de maintenance , des problèmes de lubrification qu'il posait et des modifications des chaînes de fabrication des moteurs. En fait, les arbres à cames en tête n'ayant d'intérêt que pour atteindre les hauts régimes, il était d'usage de les réserver à des moteurs sportifs. Désormais, la majorité les moteurs d'automobiles sont équipés d'arbre à cames en tête, souvent double, pour actionner les 16 soupapes courantes sur les moteurs modernes à 4 cylindres en ligne. Les moteurs en V utilisant cette technologie occupent plus d'espace dans le compartiment moteur des voitures que les moteurs à soupapes latérales ou à soupapes en tête avec culbuteurs.
Les moteurs à arbre à cames en tête atteignent leur couple et leur puissance maximale à des régimes-moteurs supérieurs à ceux des moteurs à soupape en tête avec culbuteurs. Pour maximiser le rendement, les constructeurs automobiles doivent donc les jumeler à des transmissions ayant un nombre élevé de rapports.
Parmi les dernières évolutions il faut signaler les moteurs à distribution variable, différents dispositifs permettent de modifier la position ou le profil de l'arbre à cames en cours du fonctionnement du moteur. Cette caractéristique permet d'améliorer le rendement du moteur à haut comme à bas régime. Malheureusement, le coût de ces dispositifs les réserve aux haut de gamme et aux modèles sportifs.
