Qu'est- ce qui orchestre silencieusement le mouvement des pistons et l'ouverture des soupapes d'un moteur, comme un conducteur précis?Ce composant apparemment simple incarne une ingénierie et une science des matériaux complexes, qui influencent directement la puissance et l'efficacité énergétique d'un véhicule.Les ingénieurs ont longtemps exploré de nouveaux matériaux et techniques de fabrication pour améliorer la résistance de l'arbre à cames., résistance à l'usure et propriétés légères.
En tant que composant central du train de soupapes d'un moteur à combustion interne, l'arbre à cames contrôle avec précision l'ouverture et la fermeture des soupapes pour faciliter le cycle de quatre temps du moteur:la combustionGrâce à ses cames tournantes, synchronisées avec les pistons et le vilebrequin, il assure un chronométrage optimal des vannes pour des performances maximales du moteur.Cette synchronisation est généralement réalisée via des entraînements directs, chaînes ou ceintures pour maintenir la précision mécanique.
Les arbres à cames traditionnels sont coulés ou forgés en pièces individuelles à l'aide de matériaux tels que le fer blanc, le fer refroidi ou l'acier forgé.Puisque le contact entre les cames et les élévateurs subit une forte contrainte lors de la compression du ressort de soupape, le durcissement de la surface est essentiel pour la résistance à l'usure.
Récemment, les arbres à cames composites ont gagné en popularité.Les lobes sont souvent produits par métallurgie des poudres à l'aide d'acier à faible alliage, parfois renforcée par du chrome ou du carbone pour une résistance à l'usure.
Le fer refroidi, en particulier les variantes à haute teneur en chrome, reste le matériau le plus largement utilisé pour l'arbre à cames.Le procédé de fabrication tire parti des propriétés de solidification uniques du fer: le refroidissement contrôlé crée une surface carbidique dure sur les lobes pour une durabilité accrue.
La fabrication d'arcs à cames de fer refroidi exige un contrôle précis du refroidissement.Pour les lobes plus dursLa chaleur est absorbée rapidement, ce qui favorise la formation de carbure.avec des gradients de dureté (45 HRC aux pics vs.. 25 HRC) reflétant les taux de refroidissement.
La production de masse est confrontée à des défis dans l'élimination du graphite pour une dureté uniforme.Autrement, la remise en fusion durcit les lobes après coulée par des sources de chaleur à haute énergie (par exemple, soudage TIG), bien que cela ajoute de la complexité.
Les courroies en caoutchouc ont fait leur apparition en 1962 (Glas 1004), maintenant remplacées par le chloroprène ou le polyuréthane avec un renforcement en acier / fibre de verre.Les engrenages utilisent des matériaux allant de l'acier aux alliages d'aluminium (eLes chaînes et les engrenages utilisent des aciers trempés (C15, 16MnCr5) ou trempés (C45, 41Cr4).
Les arbres à cames sont également présents dans les régulateurs de la fracture des freins, où les engrenages à vers régulent les angles "S-cam" sans être démontés.tandis qu' un manche de verrouillage empêche les réactions négatives.
Les alliages d'aluminium (Al-Si, Al-Cu-Mg) réduisent le poids des poulies, des pompes et des roulements.Le titane (Ti-6Al-4V) offre une résistance et une résistance à la corrosion pour les vannes et les pompes à carburant, bien que des obstacles en matière de coûts demeurent.
Les boîtiers en aluminium à support en acier dominent les applications lubrifiées à l'huile (par exemple, les roulements d'arbre à cames).Les moteurs allemands utilisent des roulements AlZn5Ni1Pb1Mg1Si1 pour leur compatibilité thermique avec les blocs d'alliage.
L'équation de Reynolds, résolue par la méthode de mobilité de Booker, prédit l'épaisseur du film d'huile et le frottement dans les logiciels commerciaux.
Ce fer gris spécialisé favorise des zones de fer blanc localisées pour la dureté.Des défauts tels que les "lignes noires" sous la surface (inclusions de perlite) résultent de variations de refroidissement.
