Le moteur

1.5 - L’arbre à cames

Arbre à cames d'un moteur à plat

Schéma d'un arbre à cames typique

Arbre à cames latéral

Arbre à cames en tête

Quadruple arbre à cames en tête

Le double arbre à cames en tête et plus ont l’avantage d’éliminer des éléments susceptibles de fléchir, comme les tiges et les culbuteurs, de réduire les forces d’inertie dues aux masses en mouvement alternatif et de permettre une meilleure disposition des soupapes avec des chambres de combustion ramassées. Il est fréquent d’y retrouver des pignons pour la commande de la pompe à l’huile et du distributeur, et une came spéciale pour la commande de la pompe à essence mécanique.

1.5.1 - La came

C’est la partie la plus délicate dans la conception d’un arbre à cames car son profil détermine le mouvement d’ouverture et de fermeture, la durée d’ouverture et la levée des soupapes. Le profil de la came est normalement différent pour les soupapes d’admission et d’échappement car les lois que doivent suivre ces deux pièces sont différentes.

1.6 - Les soupapes

La soupape a pour rôle principal de régler l’entrée et la sortie des gaz dans la chambre de combustion. Elles ont une forme normalisée un peu comme un champignon dont la tête est soutenue et guidée par une tige cylindrique. Elles sont animées par un mouvement alternatif et s’ouvrent vers l’intérieur de la chambre de combustion où l’étanchéité est favorisée par la pression des gaz. Les soupapes travaillent dans des conditions critiques (surtout celles d’échappement) et elles doivent être conçues avec un bon alliage qui sera résistant. On retrouve des alliages acier-nickel-chrome pour les moteurs pas très sollicités et la stellite (acier-cobalt-chrome) pour les moteurs plus sollicités. Pour le guide de la soupape on utilisera surtout la fonte perlitique et le bronze. La plupart sont bimétalliques (tête et tige sont de matières différentes et sont reliées par soudure) et certaines sont même creusées pour recevoir du sodium pour favoriser le refroidissement.

Le nombre de soupapes est déterminé par le constructeur selon un rendement donné du moteur : plus le moteur sera exigeant, plus il y aura de soupapes ( il peut y en avoir jusqu’à 4 par cylindre). On favorisera 2 soupapes plus petites au détriment d’une grosse soupape. Question de fiabilité.

4 soupapes d’admission concaves.

4 soupapes d’admission plates.

1.7 - Le carburateur

Le carburateur a pour principale fonction de préparer le mélange gazeux air-essence nécessaire au fonctionnement du moteur à explosion. Il doit également régler à volonté la vitesse et le couple du moteur. Il réalise la carburation qui consiste à préparer le combustible en effectuant la pulvérisation, la vaporisation et le brassage de l’essence avec une quantité déterminée d’air. La carburation se produit lorsque la bougie produit une étincelle dans la chambre de combustion qui provoque l’inflammation de l’hydrogène et du carbone (principaux composants de l’essence) avec l’oxygène de l’air qui y pénètre.

Pour que le mélange air-essence soit performant, le carburateur doit produire un mélange homogène, qui doit assurer la meilleure pulvérisation possible; et produire un dosage constant à tous les régimes, sans pour autant exclure la possibilité de le faire varier dans des conditions de départ à froid ou d’accélération rapide.

Lors d’un départ à froid (lorsque l’on met le moteur en marche), la dépression est trop faible pour aspirer le carburant, et le dosage est très pauvre. Pour y remédier, les ingénieurs ont inventé le démarreur (starter) qui permet d’enrichir le mélange.

Lors d’une brusque accélération, on provoque l’ouverture totale du papillon, ce qui entraîne une augmentation rapide du débit d’air, laquelle n’est pas suivie d’une augmentation du débit de carburant à cause de la plus grande inertie de ce dernier. Pour y remédier, on a installé une pompe de reprise qui évite une baisse brutale de régime en envoyant une quantité d’essence supplémentaire lors de la reprise.

Le carburateur se compose de 4 éléments principaux : 1- La cuve à niveau constant qui inclut un flotteur muni d’un pointeau qui permet l’ouverture ou la fermeture de l’orifice d’arrivée d’essence, 2- Le diffuseur, ou buse, qui crée la dépression nécessaire à l’aspiration du carburant, 3- Le gicleur qui sert à introduire le combustible dans la zone de dépression du diffuseur, et 4- Le papillon qui assure le dosage de la quantité de combustible admise en fonction de l’effort demandé au moteur.

Malgré les différents types de carburateurs, on s’aperçoit qu’il n’est efficace qu’à certains régimes et pour les voitures à haute révolution moteur (telles les voitures de course), le mélange subit des variations de vitesse, de pression et de température qui sont susceptibles de le faire changer. Ce qui fait que la fraction d’essence qui n’est pas pulvérisée ne brûle pas dans la chambre de combustion. Autrement dit, tout se passe comme si elle n’était pas parvenue dans les cylindres. Un autre défaut important pour les voitures de course en particulier, c’est que le niveau de la cuve ne demeure pas constant dans les courbes et les virages à grande vitesse. Pour y remédier, on a créé l’injection.