Vilebrequin VS arbre à cames : comprendre les principales différences

Vous avez déjà vu de nombreux moteurs de formes et de tailles différentes, mais cela dépend de la manivelle et de l'arbre à cames. Tout type de moteur fonctionnant grâce à la combustion de carburant et d’air a en commun ces deux composants durables (manivelle et arbre à cames). Qu'il s'agisse d'un moteur cylindrique plat ou en forme de V. Le vilebrequin effectue une conversion remarquable : il transforme le mouvement linéaire (haut/bas) du piston en mouvement de rotation de l'essieu, ce qui donne la puissance de faire tourner les roues de l'automobile. L'arbre à cames contrôle l'admission du mélange carburant + air et l'extraction des gaz restants du cylindre à travers la soupape.

Qu'est-ce qu'un arbre ?

L'arbre est une longue tige durable et un composant mécanique principalement utilisé pour transférer la puissance et le couple à l'autre partie mobile de la machine via différents maillons et engrenages, par exemple la broche de la machine de tour. Engager l'arbre avec différents types d'engrenages (taille et forme) augmentera le couple. La plupart des arbres ont un roulement aux deux extrémités qui permet de déplacer l'arbre plus facilement. Il peut s'agir d'un roulement à billes ou d'un roulement à billes.

La pompe à eau est utilisée pour transférer de la puissance à travers un arbre et c'est l'exemple le plus courant dans notre vie quotidienne. Le moteur tourne à son régime élevé, ce qui entraîne le déplacement de l'arbre de la turbine. La turbine déplace l'eau du sol vers l'endroit souhaité. La deuxième utilisation la plus courante d’un arbre est celle d’un moteur. L'ensemble des performances du moteur repose principalement sur la dureté, la rigidité et le matériau que l'arbre peut supporter dans le cadre des cycles moteurs complexes et nombreux.

Types d'arbre

• vilebrequin

• Arbre à cames

• Arbre d'essieu

• Arbre de broche

Qu'est-ce que le vilebrequin?

Le vilebrequin est situé à l'extrémité du moteur, au-dessus du carter d'huile. Une tige métallique robuste sert de lien crucial entre le piston et les autres composants du moteur. Sa fonction principale est de recevoir la puissance du processus de combustion et de la transmettre au véhicule via divers engrenages et composants de la transmission. Le temps du moteur dépend principalement des facteurs de dureté, de rigidité et de finition de surface de l'arbre pour supporter les nombreux cycles de course motrice sans l'endommager.

A quoi sert un vilebrequin ?

Le vilebrequin effectue une conversion remarquable : il transforme le mouvement linéaire (haut/bas) du piston en mouvement de rotation de l'essieu qui donne le pouvoir de faire tourner les roues de l'automobile. La bielle transfère ce mouvement alternatif à travers la bielle dans le mouvement de rotation des roues à travers différents engrenages.

Types d'utilisation du moteur

• Vilebrequin monocylindre
• Vilebrequin bicylindre en V
• Vilebrequin incliné multi-cylindres
• Vilebrequin multicylindre en V

Vilebrequin monocylindre

Le vilebrequin monocylindre est principalement utilisé dans les vélos, les motos, les tondeuses à gazon et les compresseurs de climatiseurs. Son design est très basique et léger. Un mécanisme à manivelle coulissante est alimenté par le mouvement de va-et-vient du piston dans le bloc moteur ou la culasse qui transfère la puissance à travers l'essieu pour déplacer les roues. Il contient un maneton, deux manivelles et un tourillon aux deux extrémités. Il peut adopter le cycle Two Stoke ou Four Stoke.

L'utilisation ultime d'un arbre léger dans un moteur offre des avantages significatifs, notamment une efficacité accrue et une consommation de carburant réduite par rapport à d'autres conceptions de vilebrequin. Le poids réduit de l'arbre entraîne une moindre contrainte sur les roulements, ce qui contribue à améliorer la durabilité et la longévité des composants du moteur.

Vilebrequin bicylindre en V

Le vilebrequin bicylindre en V est une version avancée d’un vilebrequin monocylindre. Le vilebrequin bicylindre en V présente une différence de cylindres doubles qui génèrent plus de puissance pendant le cycle du moteur. Les deux pistons peuvent donner des courses puissantes en même temps ou peuvent être réglés pour fonctionner de manière relative. Il peut s'agir d'un maneton simple ou double avec deux pistons et un roulement aux deux extrémités.

L'angle du V-Twin peut être ajusté selon nos besoins.

L'angle est de 360,180,90 et 45 degrés.

Le moteur V-Twin à 45 degrés a un effet refroidi par air. De nombreuses entreprises de vélos célèbres adoptent le moteur V-Twin à 45 degrés.

L'entreprise la plus connue est Harley-Davidson. Les exemples les plus courants de vilebrequins bicylindres en V sont utilisés dans les tracteurs, les pompes à eau, les tondeuses à gazon et les compresseurs d'air.

Vilebrequin incliné multi-cylindres

Ce type de moteur à l’ère moderne est utilisé dans un grand nombre d’automobiles qui nécessitaient plus de puissance et de couple. Il contient quatre et six cylindres et ils sont tous en ligne dans le même plan. C'est pourquoi il porte un autre nom appelé moteur d'inclinaison. Ils transmettent tous la puissance au vilebrequin unique. Si le vilebrequin n'est pas équilibré dynamiquement, le moteur produit beaucoup de vibrations internes qui ont un effet négatif sur l'efficacité, la puissance et la durée de vie du moteur. Parmi de nombreux autres inconvénients, l'un des inconvénients courants et négatifs des inclinaisons multi-cylindres est qu'ils produisent beaucoup de vibrations dans un petit moteur.

Quel est le but du vilebrequin ?

Hélicoptères : Les hélicoptères utilisent un vilebrequin pour faire tourner un ventilateur situé à l'arrière et dans la partie supérieure du corps. Le vilebrequin est utilisé pour transférer une grande quantité de force et de puissance nécessaire pour déplacer le ventilateur à plein régime. Les ventilateurs créent suffisamment de différence de pression pour le soulever.

Navires et sous-marins : ils sont utilisés dans les navires pour transférer la puissance générée par le mouvement linéaire du piston à la roue pour pousser l'eau.

Pompes : Dans les pompes à mouvement alternatif, le rôle du vilebrequin est de convertir le mouvement linéaire du piston en mouvement de rotation qui poussera les gaz et le fluide.

Montre à main et horloge murale : elles ont toutes deux un composant mécanique qui convertit le mouvement de rotation en mouvement de glissement.

Machine Shaper : Une machine Shaper Machine est un outil de coupe à point unique qui utilise le mécanisme de retour rapide et convertit le mouvement de rotation en mouvement de glissement du vérin.

Qu’est-ce que l’arbre à cames ?

Un arbre à cames est un composant d'un moteur à pistons, qui est une tige cylindrique avec plusieurs cames sur sa surface qui contrôlent l'action d'ouverture et de fermeture des soupapes. La conception mécanique d'un arbre à cames nécessite beaucoup de résistance et de soutien, tandis que la came est généralement entraînée à une vitesse uniforme par un arbre.

Lisez la suite pour en savoir plus sur le processus.

Comment fonctionne un arbre à cames

Charge d'admission: Lorsque le piston du moteur descend (créant un espace vide au-dessus du piston). Le piston est soumis à la pression du gaz dans le cylindre pour un mouvement alternatif, et à travers la bielle ce mouvement se transformera en mouvement de rotation de l'arbre à cames, la bielle est utilisée pour relier le piston et l'arbre à cames.

Le nez de came atteint le culbuteur (à ressort), ce qui entraîne l'ouverture de la soupape d'admission. La différence de pression entre l'injecteur de carburant et l'espace vide au-dessus du piston permet au mélange air-carburant de remplir l'espace vide.

Charge d'échappement: À mesure que le piston du moteur se déplace vers le haut (poussant les fumées brûlées vers la soupape), la roue à courroie fait tourner l'arbre à cames à travers la courroie de distribution ou le train d'engrenages.

La came appuie sur le culbuteur (à ressort), ce qui entraîne l'ouverture de la soupape d'échappement. La différence de pression entre le piston et le collecteur d'échappement facilite l'élimination des gaz restants de la partie supérieure du cylindre.

Figure 3 : La vue 3D de l'arbre à cames

A quoi sert un arbre à cames ?

Le profil et la forme des lobes de came sont optimisés pour garantir un fonctionnement fluide et précis des soupapes, réduisant ainsi le risque de bruit de commande de soupapes. Si la came est à un niveau d'à-coup élevé, le niveau de pression sonore sera plus élevé, ce qui signifie qu'à un régime élevé, le bruit du train de soupapes sera plus important. mais si nous avons ajusté le profil de la came au niveau d'à-coup inférieur, cela signifie que la came entrera continuellement en contact avec le suiveur (à ressort), le bruit du train de soupapes sera réduit progressivement. De cette façon, l'arbre à cames joue un rôle clé dans le contrôle du bruit et des vibrations de la soupape à haut régime.

Impact de la synchronisation variable des cames sur l'environnement

Si vous revenez aux premières époques automobiles, nous constatons qu’il n’y avait pas de bons capteurs. L'institution fédérale est en train d'adopter des lois sur les émissions de dioxyde de carbone (CO2). D’un autre côté, nous avons besoin d’un système dans lequel le moteur de la voiture restera performant et émettra peu de dioxyde de carbone (CO2) par ses gaz d’échappement. Il n'existe aucun autre moyen de contrôler l'admission de carburant dans le cylindre et le moteur de la voiture produit continuellement beaucoup plus de dioxyde de carbone (CO2) à partir de son collecteur d'échappement.

La première approche de chaque entreprise de construction automobile consiste à contrôler et à améliorer le matériau utilisé comme convertisseur catalytique. Personne ne se concentre sur l'apport d'une faible consommation de carburant à vitesse lente (RPM).

Ils ont conçu l'unité ECU, également connue sous le nom de muscle entraîné du moteur, qui dépend de divers autres éléments de la voiture. C'est le circuit électronique qui obtient les données du capteur des différentes parties de la voiture et contrôle l'admission de carburant, par exemple le régime moteur, le temps de soupape d'échappement, la vitesse du vilebrequin, le rapport de débit d'eau, etc.

Désormais, l'ECU est responsable de la durée pendant laquelle la vanne restera ouverte, ce qui contrôlera également la quantité de carburant. L'apport de Carburant sera ajusté en fonction de la charge appliquée. Grâce à cette technologie, il y a une diminution progressive de la consommation et de la consommation de carburant, ce qui rend la voiture plus écologique.

De quel matériau sont l'arbre à cames et le vilebrequin ?

L'arbre à cames est en acier forgé. L'arbre à cames doit supporter beaucoup de contraintes d'usure car il est en mouvement continu. Aucun autre que l'acier n'est utilisé dans leur fabrication.

Les engrenages et le vilebrequin sont en fonte nodulaire ou en acier forgé autorisé. Cela n'est possible que lorsqu'ils leur font subir un certain nombre de processus afin qu'ils puissent résister aux nombreux cycles de puissance du moteur. Ils sont tous deux reliés au roulement. Le type de roulement utilisé dépend également de la précision de l'arbre.

La chose la plus importante et la plus commune entre eux était qu'ils nécessitaient beaucoup de finitions de surface, de meulage et de polissage. S'ils n'ont pas de surface précise, de nombreuses frictions seront produites entre les autres composants du moteur. En conséquence, le cycle de vie du moteur sera réduit.

Différences entre le vilebrequin et l'arbre à cames

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FAQ sur le vilebrequin et l’arbre à cames