Qu'est-ce qu'un arbre à cames dans les voitures? Bien, C'est un arbre dans une voiture conçue exactement avec des cames (lobes) qui sont définis pour contrôler le synchronisation du fonctionnement de la vanne dans un moteur. Nous parlons d'acier durci, alliage en fonte, ou acier de billette, avec ces matériaux choisis pour résister aux températures les plus extrêmes, jusqu'à 500 diplômes Fahrenheit. Les cames sont usinées à une forme pour maximiser le flux d'air et la livraison de carburant mais profilé à des exigences particulières de vitesse et de performance du moteur.
Un exemple est un moteur haute performance avec des lobes de came qui soulèvent 0.5 pouces pour le flux d'air. Dans les moteurs à quatre temps, L'arbre à cames est lié au vilebrequin par une courroie de distribution ou une chaîne; Ils tournent à la moitié de la vitesse du vilebrequin pour que les vannes s'ouvrent et se ferment dans la foulée avec les pistons. La synchronisation aide à maintenir des cycles de combustion précis pour obtenir une puissance précise, efficacité, et les émissions.
Le rôle de l'arbre à cames dans un moteur
Dans un moteur, L'arbre à cames s'ouvre et ferme les soupapes contrôlées par des lobes de came en poussant un levé de soupape ou un rocker et en permettant à l'action par des ressorts pour faire la fermeture. Il se synchronise avec le vilebrequin à travers une courroie de distribution ou une chaîne, maintenir un 2:1 rapport de vitesse Dans les moteurs à quatre temps, donc les valves s'ouvrent et ferment à l'heure exacte. Par exemple, Il maintient la valve ouverte légèrement devant le centre mort inférieur pendant la course d'admission de sorte qu'à un régime plus élevé, L'élan du mélange à carburant aérien est utilisé. L'optimisation du timing de la valve est essentielle aux performances.
Ceci est une conversion du mouvement de rotation en mouvement de valve linéaire. Combustion inefficace - qui réduit la puissance et augmente la consommation de carburant - peut être provoqué par un arbre à cames mal chronométré. En plus, à la fin, Il y a des hydrocarbures non brûlés qui tiraient si le chevauchement de la valve n'est pas très bien exécuté. Ainsi, La conception de l'arbre à cames a un impact, efficacité énergétique, et la conformité environnementale.
Composants d'un arbre à cames
- Cams (Lobes): Ascenseur de soupape de commande, durée, et chevauche pour le flux d'air.
- Cam: Transforme le mouvement du lobe en force linéaire, diminution des usures de surface durcies.
- Arbre de terre: Pour synchroniser la rotation du vilebrequin, utilise une ceinture ou une chaîne denté.
- Roulements: Diminue le mouvement et la friction axiaux et radiaux sous des charges élevées.
- Pignon de chaîne: Régit le timing de la nette noire ainsi que l'expansion et les vibrations thermiques.
Types d'arbres à cames
Types basés sur les haltérophiles
Un design plus ancien, Les arbres à cames à feuilles plats sont plus silencieux, plus abordable, et plus simple, Mais ils dépendent des poussoirs hydrauliques et nécessitent des modifications régulières d'huile moteur pour aider à prévenir l'usure. Par exemple, Ils glissent un peu plus, mais nécessitent une effurée pour empêcher la défaillance du lobe de came. D'autre part, Arbres à cames à rouleaux Utilisez un suiveur en roulage pour diminuer le contact métal-métal. Soulever les profils CAM rend possible les moteurs de RPM élevés et permet un ascenseur de soupape plus élevé. Notamment, Les arbres à cames à rouleaux améliorent l'efficacité des moteurs à haute performance.
Types basés sur la forme
Baril (cylindrique) Les arbres à cames offrent un mouvement rotatif constant et sont d'excellents dispositifs d'automatisation industrielle. Dans les systèmes à vitesse variable, Les chemins de suiveurs à came dynamique utilisent des plaques de contour spéciales pour les arbres à cames radiaux qui permettent une accélération fluide. Pour les arbres à cames conjugués, Dual ‘Roller System’ réduit les vibrations et aide à des applications sensibles au bruit. Les arbres à cames sphériques fournissent une précision inégalée lorsque le mouvement multi-axes est nécessaire dans les moteurs. Pointes pointues, bases plates, Les arbres à cames de coin conviennent à un mouvement intermittent dans l'actionnement de la vanne automobile.
Configurations d'arbre à cames
Came aérienne unique (SOHC) Les conceptions offrent une meilleure utilisation de l'espace en mettant une came par tête dans des moteurs à quatre cylindres compacts. Cependant, De nombreux moteurs dépassent 7,000 RPM, Besoin de plus de consommation d'air, qui signifie 4+ vannes par cylindre et, finalement, Utilisez une double came au-dessus (DACG) configurations. Même pendant que les moteurs de tige de poussée utilisent des arbres à cames dans le bloc, Leurs voies d'admission plus courtes fournissent des sorties lourdes de couple, Comme les moteurs V8 de la série LS de GM. Par conséquent, Il se concentre sur la diversité de ce qu'est un arbre à cames dans les voitures et sur la façon dont il affecte l'ingénierie des performances.
Caractéristiques de performance
- Durée: La durée augmente une puissance de régime élevé mais coupe le couple bas de gamme en raison du chevauchement.
- Ascenseur: Le lifting élevé augmente le flux d'air mais a besoin de ressorts de valve plus forts pour éviter de flotter à des vitesses.
- Timing: Timing avancé pour un couple bas de gamme, retarde pour une puissance de régime plus élevé.
- Angle de séparation du lobe (LSA): Un angle de séparation du lobe plus large améliore la stabilité du ralenti, mais rétrécit la bande de puissance. D'autre part, LSA plus serré, les aiguiss.
Timing de soupape variable (Vvt)
Cela signifie que les systèmes VVT comme les profils CAM VTEC et 3D de Ferrari de Honda modifient la synchronisation de la valve afin qu'il puisse être optimisé pour les performances du moteur sur les plages de régime RPM. Avec vtec, Les vannes restent ouvertes plus longtemps à des vitesses élevées pour augmenter le flux d'air, Et pour le faire, Utilisez des lobes de came supplémentaires qui s'ouvrent hydrauliquement, tandis que l'arbre à cames de Ferrari se déplace latéralement dans un profil tridimensionnel pour faire correspondre les conditions de chargement pour le quart. Cette flexibilité permet d'avoir un couple à faible régime et aide à créer des chevaux à un régime élevé, ce qui n'est pas possible avec les arbres à cames fixes pour couper les performances.
Sans arbre à cames, Les moteurs sans came avec des soupapes contrôlées par le solénoïde permettent une variabilité de synchronisation infinie et éliminent les pertes parasitaires; Ils agissent par voie électronique. De telles nouveautés confirment “Qu'est-ce qu'un arbre à cames dans les voitures” sous une nouvelle forme: beaucoup plus efficace et puissant qu'avant.
Échecs et symptômes de l'arbre à cames communs
Signes de défaillance de l'arbre à cames
- Vérifier la lumière du moteur illumine.
- Backfiring ou éclater à partir du tuyau d'échappement ou de l'admission.
- Tapping ou coup de bruit de l'extrémité supérieure du moteur.
- Mistes de cylindre mort.
- Perte de puissance ou de performance du moteur.
- Ralenti brutal et calage.
- Baisse de l'efficacité énergétique.
- Codes de raté de cylindre.
- Augmentation des émissions de gaz.
- Particules métalliques dans l'huile moteur.
Causes de défaillance de l'arbre à cames
- Lubrification insuffisante ou faibles niveaux d'huile.
- Usurez sur les lobes ou les journaux de came.
- Surcharge de ressorts de soupape.
- Défauts de fabrication ou matériaux de mauvaise qualité.
- Capeur de distribution / panne de chaîne.
- Débris étrangers ou contamination dans l'huile moteur.
- Installation ou désalignement inapproprié.
- Excès de déclenchement de la chaleur du moteur.
- Longue opération RPM élevée.
- Entretien inadéquat et modifications de l'huile.
Réparation ou remplacement d'un arbre à cames
Certains problèmes d'arbre à cames peuvent être réparés avec le soudage ou par usinage de précision, comme l'ajout d'un matériau durci à un lobe usé et le broyer à des spécifications d'usine. Il est utile pour les petites zones d'usure mais impraticables pour les arbres à cames pliés ou profondément marqués. Par exemple, Les tolérances sur les arbres à cames modernes nécessitent parfois des finitions de surface de moins que 0.02 microns, ce qui est impossible à retrouver.
À l'autre extrémité du spectre, Le remplacement est la meilleure solution finale pour les dommages comme les lobes fracturés ou l'usure excessive associée à la famine d'huile. Qu'est-ce qu'un arbre à cames dans les voitures sans opération précise? Un cassé est une possibilité de contact de soupape de piston à partir duquel votre moteur ne récupérera jamais. Le Coût d'un arbre à cames pourrait être $200-$500, pourtant il peut facilement dépasser $1,000 En raison de la démonstration de l'arbre à cames, chronométré, et le train de valve réassemblé par le travail.
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